Industrieboter

Artikulierter Industrieboter, der in einer Gießerei tätig ist.

Ein Industrieboter ist ein Roboter System verwendet für Herstellung. Industrie -Roboter sind automatisiert, programmierbar und in drei oder mehr Achsen bewegend.^[1]

Typische Anwendungen von Robotern umfassen Schweißen, Malerei, Versammlung, Demontage,^[2] Aufsammeln und plazieren zum Leiterplatten, Verpackung und Etikettierung, PalettierungProduktinspektion und Test; Alles mit hoher Ausdauer, Geschwindigkeit und Präzision. Sie können helfen Materialhandhabung.

Im Jahr 2020 waren schätzungsweise 1,64 Millionen Industrie -Roboter weltweit in Betrieb Internationale Föderation der Robotik (IFR).^[3]

Typen und Funktionen

Ein Satz von sechs Achsen Robotern, die für verwendet werden Schweißen.

Fabrikautomatisierung mit Industrierobotern zur Palettisierung von Lebensmitteln wie Brot und Toast in einer Bäckerei in Deutschland

Es gibt sechs Arten von Industrierobotern.^[4]

Artikulierte Roboter

Artikulierte Roboter^[4] sind die häufigsten Industrie -Roboter.^[5] Sie sehen aus wie ein menschlicher Arm, weshalb sie auch genannt werden Roboterarm oder Manipulatorarm.^[6] Ihre Artikulationen mit mehreren Freiheitsgrade Erlauben Sie den artikulierten Armen eine breite Palette von Bewegungen.

Kartesische Koordinatenroboter

Kartesische Roboter,^[4] Auch als geradlinige Roboter und X-Y-Z-Roboter bezeichnet^[5] drei haben prismatische Gelenke für die Bewegung des Werkzeugs und drei Rotationsverbindungen für seine Ausrichtung im Raum.

Um das Effektororgan in alle Richtungen zu bewegen und zu orientieren, benötigt ein solcher Roboter 6 Achsen (oder Freiheitsgrade). In einer zweidimensionalen Umgebung sind drei Achsen ausreichend, zwei für die Verschiebung und eine zur Ausrichtung.^[7]

Zylindrische Koordinatenroboter

Die zylindrischen Koordinatenroboter^[4] sind durch ihr Rotationsgelenk an der Basis gekennzeichnet und mindestens ein prismatisches Gelenk, das seine Glieder verbindet.^[5] Sie können sich vertikal und horizontal durch Gleiten bewegen. Das kompakte Effektordesign ermöglicht es dem Roboter, enge Arbeitsbereiche ohne Geschwindigkeitsverlust zu erreichen.^[5]

Sphärische Koordinatenroboter

Kugelkoordinate -Roboter haben nur Rotationsgelenke.^[4] Sie sind einer der ersten Roboter, die in industriellen Anwendungen eingesetzt wurden.^[5] Sie werden üblicherweise für verwendet Maschinenpflege Bei der Stanze, Plastikinjektion und Extrusion und zum Schweißen.^[5]

Scara -Roboter

Scara^[4] ist eine Akronym für den Roboterarm der selektiven Compliance -Assemblierung.^[8] Scara-Roboter werden anhand ihrer beiden parallelen Gelenke erkannt, die eine Bewegung in der X-Y-Ebene liefern.^[4] Drehwellen sind vertikal am Effektor positioniert.

Scara -Roboter werden für Jobs verwendet, die präzise laterale Bewegungen erfordern. Sie sind ideal für Montageanwendungen.^[5]

Delta -Roboter

Delta -Roboter^[4] werden auch als parallele Link -Roboter bezeichnet.^[5] Sie bestehen aus parallelen Links, die mit einer gemeinsamen Basis verbunden sind. Delta-Roboter sind besonders nützlich für direkte Kontrollaufgaben und hohe Manövriervorgänge (wie schnelle Pick-and-Place-Aufgaben). Delta -Roboter nutzen vier Bar- oder Parallelogrammverbindungssysteme.

Darüber hinaus können Industrie -Roboter eine serielle oder parallele Architektur haben.

Serienmanipulatoren

Serielle Architekturen a.k.a Serienmanipulatoren sind die häufigsten Industrieroboter und sind als eine Reihe von Links entwickelt, die durch motorische Verbindungen verbunden sind, die sich von einer Basis zu einem Endeffektiven erstrecken. Manipulatoren von Scara, Stanford sind typische Beispiele für diese Kategorie.

Parallele Architektur

Ein paralleler Manipulator ist so konstruiert, dass jede Kette normalerweise kurz, einfach ist und somit gegen unerwünschte Bewegungen im Vergleich zu a starr sein kann Serienmanipulator. Fehler in der Positionierung einer Kette werden in Verbindung mit den anderen gemittelt, anstatt kumulativ zu sein. Jeder Aktuator muss sich immer noch in seinem eigenen bewegen Freiheitsgradbetrifft einen Serienroboter; Im parallelen Roboter wird jedoch auch die Auswirkung der anderen Ketten eingeschränkt. Es ist das geschlossene Schleife Steifheit, die den gesamten parallelen Manipulator steif relativ zu seinen Komponenten macht, im Gegensatz zur seriellen Kette, die mit mehr Komponenten zunehmend weniger starr wird.

Parallele Manipulatoren der niedrigeren Mobilität und gleichzeitige Bewegung

Ein vollständiger paralleler Manipulator kann ein Objekt mit bis zu 6 verschieben Freiheitsgrade (DOF), bestimmt durch 3 Übersetzung 3t und 3 Rotation 3R Koordinaten für voll 3t3r mObjekt. Wenn jedoch eine Manipulationsaufgabe weniger als 6 DOF erfordert, kann die Verwendung von Manipulatoren mit niedrigerer Mobilität mit weniger als 6 DOF Vorteile in Bezug auf einfachere Architektur, einfachere Kontrolle, schnellere Bewegung und geringere Kosten bringen. Zum Beispiel hat der 3 Dof Delta -Roboter niedriger 3t Mobilität und hat sich als sehr erfolgreich für schnelle Pick-and-Place-Translationspositionierungsanwendungen erwiesen. Der Arbeitsbereich der Manipulatoren der niedrigeren Mobilität kann in Unterbereiche "Bewegung" und "Einschränkungen" zerlegt werden. Beispielsweise bilden 3 Positionskoordinaten den Bewegungsunterraum des 3 Dof Delta -Roboters und die 3 Orientierungskoordinaten befinden sich im Einschränkungsunterraum. Der Bewegungsunterraum der Manipulatoren mit niedrigerer Mobilität kann weiter in unabhängige (gewünschte) und abhängige (begleitende) Unterteile zerlegt werden: bestehend aus "begleitend" oder "parasitär" Bewegung, die unerwünschte Bewegung des Manipulators ist.^[9] Die schwächenden Auswirkungen einer gleichzeitigen Bewegung sollten in der erfolgreichen Gestaltung niedrigerer Mobilitätsmanipulatoren gemindert oder beseitigt werden. Zum Beispiel hat der Delta -Roboter keine parasitäre Bewegung, da sich sein End -Effektor nicht dreht.

Autonomie

Roboter zeigen unterschiedliche Grade von Autonomie. Einige Roboter sind so programmiert, dass sie immer wieder spezifische Handlungen (sich wiederholende Handlungen) ohne Abweichung und mit einem hohen Maß an Genauigkeit ausführen. Diese Aktionen werden durch programmierte Routinen bestimmt, die die Richtung, Beschleunigung, Geschwindigkeit, Verzögerung und Entfernung einer Reihe koordinierter Bewegungen angeben

Andere Roboter sind viel flexibler in Bezug auf die Ausrichtung des Objekts, nach dem sie arbeiten, oder sogar die Aufgabe, die am Objekt selbst ausgeführt werden muss, die der Roboter möglicherweise sogar identifizieren muss. Zum Beispiel enthalten Roboter beispielsweise für genauere Anleitung häufig Maschinenaufwand Subsysteme fungieren als ihre visuellen Sensoren, die mit leistungsstarken Computern oder Controllern verbunden sind.^[10] Künstliche Intelligenz wird zu einem immer wichtigeren Faktor im modernen Industrie -Roboter.

Geschichte

Der früheste bekannte Industrierroboter, der sich der ISO -Definition entsprach Meccano Magazine, März 1938.^[11][12] Das kranähnliche Gerät wurde fast ausschließlich verwendet Meccano Teile und von einem einzelnen Elektromotor angetrieben. Fünf Bewegungsachsen waren möglich, einschließlich greifen und Drehung greifen. Die Automatisierung wurde mit einem gestanzten Papierband erreicht, um Solenoide mit Strom zu versorgen, was die Bewegung der Kontrollhebel des Krans erleichtern würde. Das Roboter Könnte Holzblöcke in vorprogrammierten Mustern stapeln. Die Anzahl der für jede gewünschten Bewegung erforderlichen Motorrevolutionen wurde zunächst auf Diagrammpapier aufgetragen. Diese Informationen wurden dann in das Papierband übertragen, das auch vom Einzelmotor des Roboters angetrieben wurde. Chris Shute baute 1997 eine vollständige Nachbildung des Roboters.

George Devol, c. 1982

George Devol beantragt die erste Robotik Patente 1954 (gewährt 1961). Die erste Firma, die einen Roboter produzierte Unimation, gegründet von Devol und Joseph F. Engelberger Im Jahr 1956 wurden Roboter auch Roboter genannt Programmierbare Transfermaschinen Da ihre Hauptverwendung zunächst darin bestand, Objekte von einem Punkt auf einen anderen zu übertragen, weniger als ein Dutzend Fuß voneinander entfernt. Sie benutzten hydraulisch Aktuatoren und wurden in programmiert gemeinsam Koordinaten, d. H. Die Winkel der verschiedenen Gelenke wurden während einer Unterrichtsphase gespeichert und in Betrieb wiedergegeben. Sie waren genau auf 1/10.000 Zoll Zoll^[13] (Hinweis: Obwohl die Genauigkeit kein geeignetes Maß für Roboter ist, wird normalerweise in Bezug auf die Wiederholbarkeit bewertet - siehe später). Unimation später lizenzierte ihre Technologie an Kawasaki Heavy Industries und GKN, Herstellung Unimate in Japan bzw. England. Für einige Zeit war Unimations einziger Konkurrent Cincinnati Milacron Inc. von Ohio. Dies änderte sich in den späten 1970er Jahren radikal, als mehrere große japanische Konglomerate mit der Herstellung von ähnlichen Industrie -Robotern begannen.

1969 Victor Scheinman bei Universität in Stanford erfand die Stanford Arm, ein rein elektrischer, 6-Achsen-artikulierter Roboter, der eine Erlaubnis ermöglicht, eine Armlösung. Dies ermöglichte es genau, willkürliche Wege im Weltraum zu folgen und die potenzielle Nutzung des Roboters auf ausgefeiltere Anwendungen wie Montage und Schweißen zu erweitern. Scheinman entwarf dann einen zweiten Arm für die MIT Ai Labor, genannt "MIT Arm". Scheinman verkaufte diese Entwürfe, nachdem er ein Stipendium von Unimation zur Entwicklung seiner Entwürfe erhalten hatte, an Unimation, die sie weiterentwickelte General Motors und vermarktete es später als die Programmierbare universelle Maschine für die Baugruppe (PUMA).

Industriebootik startete in Europa mit beiden ziemlich schnell ABB -Robotik und Kuka -Robotik 1973 Roboter auf den Markt bringen im Handel erhältlich Alle elektrischen Mikroprozessor-kontrollierten Roboter. Die ersten beiden IRB 6 -Roboter wurden an Magnusson in Schweden verkauft, weil sie im Januar 1974 in der Produktion in der Produktion installiert wurden. Auch 1973 baute Kuka Robotics seinen ersten Roboter, bekannt als Famulus.^[14][15] Auch einer der ersten artikulierten Roboter mit sechs elektromechanisch angetriebenen Achsen.

Das Interesse an Robotik stieg in den späten 1970er Jahren und viele US -Unternehmen betraten das Gebiet, einschließlich großer Unternehmen wie General Electric, und General Motors (was bildete Joint Venture Fanuc -Robotik mit Fanuc Ltd von Japan). UNS. Startup -Unternehmen inbegriffen Automatix und Adept -Technologie, Inc. auf dem Höhepunkt des Roboterbooms im Jahr 1984 wurde die Unimation von erworben von Westinghouse Electric Corporation für 107 Millionen US -Dollar. Westinghouse verkaufte Unimation an Stäubli Faverges SCA von Frankreich 1988, was immer noch artikulierte Roboter für allgemeine Industrie macht und sauberes Zimmer Anwendungen und kauften sogar die Roboterabteilung von Bosch Ende 2004.

Nur wenige nicht japanische Unternehmen gelang es letztendlich, in diesem Markt zu überleben, wobei die wichtigsten: Adept -Technologie, Stäubli, das Schwedisch-schweizerisch Gesellschaft ABB ASEA Brown Boveri, das Deutsch Gesellschaft Kuka -Robotik und die Italienisch Gesellschaft Comau.

Technische Beschreibung

Parameter definieren

• Anzahl der Achsen - Zwei Achsen müssen einen beliebigen Punkt in einer Ebene erreichen. Drei Achsen sind erforderlich, um einen beliebigen Punkt im Raum zu erreichen. Um die Ausrichtung des Endes des Arms vollständig zu steuern (d. H. Die Handgelenk) Drei weitere Achsen (Gier, Tonhöhe und Rollen) sind erforderlich. Einige Entwürfe (z. B. der Scara -Roboter) Handelsbeschränkungen in Bewegungsmöglichkeiten für Kosten, Geschwindigkeit und Genauigkeit.
• Freiheitsgrade - Dies entspricht normalerweise der Anzahl der Achsen.
• Arbeitsumschlag - Die Region des Raums kann ein Roboter erreichen.
• Kinematik - die tatsächliche Anordnung von starre Mitgliedern und Gelenke im Roboter, der die möglichen Bewegungen des Roboters bestimmt. Klassen von Roboterkinematik umfassen artikuliert, kartesisch, parallel und Scara.
• Tragfähigkeit oder Nutzlast - Wie viel Gewicht kann ein Roboter anheben.
• Geschwindigkeit - Wie schnell kann der Roboter das Ende seines Arms positionieren. Dies kann in Bezug auf die Winkel- oder Lineargeschwindigkeit jeder Achse oder als Verbindungsgeschwindigkeit definiert werden, d. H. Die Geschwindigkeit des Arms, wenn sich alle Achsen bewegen.
• Beschleunigung - Wie schnell eine Achse beschleunigen kann. Da dies ein begrenzender Faktor ist, kann ein Roboter möglicherweise nicht in der Lage sein, seine angegebene maximale Geschwindigkeit für Bewegungen über einen kurzen Abstand oder einen komplexen Pfad zu erreichen, der häufige Richtungsänderungen erfordert.
• Genauigkeit - Wie genau kann ein Roboter eine befohlene Position erreichen. Wenn die absolute Position des Roboters gemessen und mit der befohlenen Position verglichen wird, ist der Fehler ein Maß für die Genauigkeit. Die Genauigkeit kann durch eine externe Erkennung verbessert werden, beispielsweise ein Sehsystem oder ein Infra-Rot. Sehen Roboterkalibrierung. Die Genauigkeit kann mit Geschwindigkeit und Position innerhalb des Arbeitsumschlags und mit der Nutzlast variieren (siehe Compliance).
• Wiederholbarkeit - Wie gut wird der Roboter in eine programmierte Position zurückkehren. Dies ist nicht dasselbe wie die Genauigkeit. Es kann sein, dass wenn er gesagt hat, zu einer bestimmten X-Y-Z-Position zu gehen, die es nur innerhalb von 1 mm von dieser Position entspricht. Dies wäre seine Genauigkeit, die durch Kalibrierung verbessert werden kann. Wenn diese Position jedoch in den Controller -Speicher unterrichtet wird und jedes Mal, wenn sie dorthin gesendet wird, kehrt sie innerhalb von 0,1 mm von der gelehrten Position zurück, dann liegt die Wiederholbarkeit innerhalb von 0,1 mm.

Genauigkeit und Wiederholbarkeit sind unterschiedliche Maßnahmen. Wiederholbarkeit ist normalerweise das wichtigste Kriterium für einen Roboter und ähnelt dem Konzept der Präzision in der Messung - siehe Genauigkeit und Präzision. ISO 9283^[16] Legt eine Methode fest, bei der sowohl Genauigkeit als auch Wiederholbarkeit gemessen werden können. Normalerweise wird ein Roboter ein paar Male an eine gelehrte Position gesendet, und der Fehler wird bei jeder Rückkehr zur Position gemessen, nachdem 4 andere Positionen besucht wurden. Wiederholbarkeit wird dann unter Verwendung des Standardabweichung dieser Proben in allen drei Dimensionen. Ein typischer Roboter kann natürlich einen Positionsfehler überschreiten, der dies überschreitet, und dies könnte ein Problem für den Prozess sein. Darüber hinaus unterscheidet sich die Wiederholbarkeit in verschiedenen Teilen des Arbeitsumschlags und ändert sich auch bei Geschwindigkeit und Nutzlast. ISO 9283 gibt an, dass Genauigkeit und Wiederholbarkeit bei maximaler Geschwindigkeit und maximaler Nutzlast gemessen werden sollten. Dies führt jedoch zu pessimistischen Werten, während der Roboter bei Lichtlasten und Geschwindigkeiten viel genauer und wiederholbarer sein könnte. Die Wiederholbarkeit in einem industriellen Prozess unterliegt auch der Genauigkeit des Endeffektors, zum Beispiel eines Greifers und sogar der Gestaltung der „Finger“, die dem Greifer mit dem zu erfassten Objekt übereinstimmen. Wenn beispielsweise ein Roboter eine Schraube an seinem Kopf pickt, kann die Schraube in einem zufälligen Winkel liegen. Ein späterer Versuch, die Schraube in ein Loch einzulegen, kann leicht versagen. Diese und ähnlichen Szenarien können durch 'Lead-Ins', z. Indem Sie den Eingang zum Loch verjüngen.

• Bewegungskontrolle -Für einige Anwendungen wie einfache Pick-and-Place-Montage muss der Roboter lediglich wiederholbar zu einer begrenzten Anzahl von vorgefertigten Positionen zurückkehren. Für anspruchsvollere Anwendungen wie Schweißen und Veredelung (Veredelung (Sprühmalerei), Bewegung muss kontinuierlich kontrolliert werden, um einem Pfad im Raum mit kontrollierter Ausrichtung und Geschwindigkeit zu folgen.
• Energiequelle - Einige Roboter verwenden Elektromotoren, andere benutzen hydraulisch Aktuatoren. Ersteres sind schneller, letztere sind in Anwendungen wie Sprühmalerei stärker und vorteilhaft Explosion; Eine geringe innere Luftdruckdruckung des Arms kann jedoch sowohl brennbare Dämpfe als auch andere Verunreinigungen verhindern. Heutzutage ist es höchst unwahrscheinlich, dass hydraulische Roboter auf dem Markt sehen. Zusätzliche Versiegelungen, bürstenlose Elektromotoren und funkensicherer Schutz lösten den Bau von Einheiten, die in der Umwelt mit einer explosiven Atmosphäre arbeiten können.
• Fahrt - Einige Roboter verbinden Elektromotoren über die Gelenke über die Gelenke Getriebe; Andere verbinden den Motor direkt mit der Verbindung (Direktantrieb). Die Verwendung von Zahnrädern führt zu messbaren 'Rückschlägen', die in einer Achse freie Bewegung ist. Kleinere Roboterarme verwenden häufig Hochgeschwindigkeits -DC -Motoren mit niedrigem Drehmoment, für die im Allgemeinen Hochgetriebeverhältnisse erforderlich sind. Dies hat den Nachteil von Gegenreaktionen. In solchen Fällen die Harmonischer Laufwerk wird oft verwendet.
• Beachtung - Dies ist ein Maß für die Menge in Winkel oder Entfernung, die sich eine Roboterachse bewegt, wenn eine Kraft darauf angewendet wird. Aufgrund der Einhaltung, wenn ein Roboter zu einer Position mit seiner maximalen Nutzlast geht, ist er in einer Position, die etwas niedriger ist als bei der Nutzlast. Compliance kann auch für das Überschwingen verantwortlich sein, wenn hohe Nutzlast in diesem Fall reduziert werden müsste.

Roboterprogrammierung und Schnittstellen

Offline -Programmierung

Ein typischer gut benutzter Lehrer mit optionalem Anhänger Maus

Das Setup oder Programmierung von Bewegungen und Sequenzen für einen Industrie -Roboter wird typischerweise gelehrt, indem der Roboter -Controller mit A verknüpft wird Laptop, Desktop Computer oder (interne oder Internet) Netzwerk.

Ein Roboter und eine Sammlung von Maschinen oder Peripheriegeräten werden als als bezeichnet Arbeitszelle, oder Zelle. Eine typische Zelle kann einen Teilefuttermittel enthalten, a Formmaschine und ein Roboter. Die verschiedenen Maschinen sind "integriert" und werden von einem einzelnen Computer gesteuert oder gesteuert Plc. Wie der Roboter mit anderen Maschinen in der Zelle interagiert, muss sowohl in Bezug auf ihre Positionen in der Zelle als auch in Bezug auf die Synchronisierung mit ihnen programmiert werden.

Software: Der Computer wird mit entsprechend installiert Schnittstelle Software. Die Verwendung eines Computers vereinfacht den Programmierungsprozess erheblich. Spezialisiert Robotersoftware wird entweder im Robotercontroller oder im Computer oder beides ausgeführt, abhängig vom Systemdesign.

Es gibt zwei grundlegende Entitäten, die unterrichtet (oder programmiert) werden müssen: Positionsdaten und Verfahren. In einer Aufgabe, beispielsweise eine Schraube von einem Feeder in ein Loch zu bewegen, müssen die Positionen des Feeders und das Loch zuerst unterrichtet oder programmiert werden. Zweitens muss das Verfahren, um die Schraube aus dem Feeder zum Loch zu bringen, zusammen mit jedem beteiligten E/A programmiert werden, z. B. ein Signal, um anzuzeigen, wann die Schraube im Feeder bereit ist, aufgenommen zu werden. Der Zweck der Robotersoftware besteht darin, diese beiden Programmieraufgaben zu erleichtern.

Das Unterrichten der Roboterpositionen kann auf verschiedene Weise erreicht werden:

Positionsbefehle Der Roboter kann mit a an die erforderliche Position gerichtet werden GUI oder textbasierte Befehle, in denen die erforderliche X-Y-Z-Position angegeben und bearbeitet werden kann.

Anhänger unterrichten: Roboterpositionen können über a unterrichtet werden Anhänger unterrichten. Dies ist eine Handheld -Steuer- und Programmiereinheit. Die gemeinsamen Merkmale solcher Einheiten sind die Fähigkeit, den Roboter manuell in eine gewünschte Position oder "Zoll" oder "Joggen" zu senden, um eine Position anzupassen. Sie haben auch die Möglichkeit, die Geschwindigkeit zu ändern, da normalerweise eine niedrige Geschwindigkeit für eine sorgfältige Positionierung oder beim Testen durch eine neue oder modifizierte Routine erforderlich ist. Ein großer Not-Halt Die Taste ist normalerweise auch enthalten. Normalerweise wird der Roboter, sobald der Roboter programmiert wurde, für den Teach -Anhänger nicht mehr verwendet. Alle Lehranhänger sind mit einer 3-Position ausgestattet Deadman Switch. Im manuellen Modus kann sich der Roboter nur dann bewegen, wenn er sich in der mittleren Position befindet (teilweise gedrückt). Wenn es vollständig gedrückt oder vollständig freigegeben ist, stoppt der Roboter. Dieses Betriebsprinzip ermöglicht es, natürliche Reflexe zu verwenden, um die Sicherheit zu erhöhen.

Lead-by-the-Nose: Dies ist eine Technik, die von vielen Roboterherstellern angeboten wird. Bei dieser Methode hält ein Benutzer den Manipulator des Roboters, während eine andere Person einen Befehl eingibt, der den Roboter entsteht und dazu führt, dass er in das Hinken geht. Der Benutzer verschiebt dann den Roboter von Hand in die erforderlichen Positionen und/oder entlang eines erforderlichen Pfades, während die Software diese Positionen in den Speicher anmeldet. Das Programm kann den Roboter später in diese Positionen oder entlang des gelehrten Pfades ausführen. Diese Technik ist für Aufgaben wie z. Lacksprühen.

Offline -Programmierung Dort werden die gesamte Zelle, der Roboter und alle Maschinen oder Instrumente im Arbeitsbereich grafisch abgebildet. Der Roboter kann dann auf dem Bildschirm und dem simulierten Vorgang verschoben werden. Ein Robotiksimulator wird verwendet, um eingebettete Anwendungen für einen Roboter zu erstellen, ohne vom physischen Betrieb des Roboterarms und des End -Effektors abhängig zu sein. Die Vorteile der Robotik -Simulation besteht darin, dass sie Zeit im Design von Robotikanwendungen spart. Es kann auch das Sicherheitsniveau erhöhen, das mit Robotergeräten verbunden ist, da verschiedene "Was ist, wenn" Szenarien getestet werden können, bevor das System aktiviert ist. [8] Die Roboter -Simulationssoftware bietet eine Plattform zum Unterrichten, Testen, Ausführen und Debuggen, die in einer Vielzahl von Programmiersprachen geschrieben wurden.

Robotiksimulator

Robotersimulation In Tools können Robotikprogramme bequem geschrieben und offline mit der endgültigen Version des auf einem tatsächlichen Roboter getesteten Programms geschrieben und debuggen. Die Fähigkeit, das Verhalten eines Robotersystems in einer virtuellen Welt voranzutreiben, ermöglicht eine Vielzahl von Mechanismen, Geräten, Konfigurationen und Controllern, bevor sie auf ein "reales" -System angewendet werden. Robotik-Simulatoren können die simulierte Bewegung eines Industrie-Roboters in Echtzeit mit der geometrischen Modellierung und der Kinematikmodellierung bereitstellen.

Herstellung unabhängiger Roboterprogrammierwerkzeuge sind eine relativ neue, aber flexible Möglichkeit, Roboteranwendungen zu programmieren. Verwendung einer grafische Benutzeroberfläche Die Programmierung erfolgt über Drag & Drop der vordefinierten Vorlage/Bausteine. Sie haben häufig die Ausführung von Simulationen zur Bewertung der Machbarkeit und Offline -Programmierung in Kombination. Wenn das System in der Lage ist, nativen Robotercode in den Robotercontroller zu kompilieren und hochzuladen, muss der Benutzer nicht mehr jeden Hersteller lernen Proprietäre Sprache. Daher kann dieser Ansatz ein wichtiger Schritt sein Programmiermethoden standardisieren.

Andere Darüber hinaus verwenden Maschinenbetreiber häufig Benutzeroberfläche Geräte, normalerweise Berührungssensitiver Bildschirm Einheiten, die als Bedienfeld des Bedieners dienen. Der Betreiber kann von Programm zu Programm wechseln, Anpassungen innerhalb eines Programms vornehmen und auch einen Host von betreiben peripher Geräte, die in dasselbe Robotersystem integriert werden können. Diese beinhalten Endeffektoren, Feeder, die den Roboter Komponenten liefern, Förderbänder, Notstoppsteuerungen, Maschinenaufenthaltssysteme, Sicherheit Verriegelung Systeme, Barcode Drucker und eine nahezu unendliche Reihe anderer Industriegeräte, auf die über das Bedienfeld des Bedieners zugegriffen und gesteuert werden.

Der Teach -Anhänger oder PC wird normalerweise nach dem Programm unterbrochen, und der Roboter wird dann auf dem Programm ausgeführt, das in seiner installiert wurde Regler. Ein Computer wird jedoch häufig verwendet, um den Roboter und alle Peripheriegeräte zu überwachen oder zusätzlichen Speicher für den Zugriff auf zahlreiche komplexe Pfade und Routinen zu bieten.

Werkzeug zum Ende des Arms

Das wichtigste Roboter -Peripherieur ist das Endeffektor, oder am Ende des Arms (EOAT). Häufige Beispiele für Endeffektoren umfassen Schweißgeräte (wie Mig-Welding-Waffen, Spot-Weller usw.), Sprühpistolen sowie Schleif- und Abgrenzungsgeräte (wie pneumatische Scheibe oder Gürtelschleife, Burrs usw.) und Gripper (Grippers (Grippers (Grippers Geräte, die normalerweise ein Objekt erfassen können, normalerweise elektromechanisch oder pneumatisch). Andere gemeinsame Mittel zur Aufnahme von Objekten sind durch Vakuum oder Magnete. Endeffektoren sind häufig hochkomplex, entsprechen dem gehandhabten Produkt und können häufig eine Reihe von Produkten gleichzeitig aufnehmen. Sie können verschiedene Sensoren verwenden, um das Robotersystem bei der Lokalisierung, Handhabung und Positionierung von Produkten zu unterstützen.

Kontrolle der Bewegung

Für einen bestimmten Roboter sind die einzigen Parameter erforderlich als Scara). Es gibt jedoch viele verschiedene Möglichkeiten, die Punkte zu definieren. Die häufigste und bequemste Art, einen Punkt zu definieren, besteht darin, a zu spezifizieren kartesischen Koordinaten dafür, d. H. Die Position des 'End -Effektors' in MM in den Richtungen x, y und z relativ zum Ursprung des Roboters. Abhängig von den Arten von Verbindungen, die ein bestimmter Roboter haben kann, muss auch die Ausrichtung des Endeffektors in Gier, Tonhöhe und Roll und der Ort des Werkzeugpunkts relativ zur Frontplatte des Roboters angegeben werden. Für ein Gelenkarm Diese Koordinaten müssen vom Robotercontroller in gemeinsame Winkel umgewandelt werden, und solche Konvertierungen werden als kartesische Transformationen bezeichnet, die möglicherweise iterativ oder rekursiv für einen Roboter mit mehreren Achsen durchgeführt werden müssen. Die Mathematik der Beziehung zwischen gemeinsamen Winkeln und tatsächlichen räumlichen Koordinaten wird als Kinematik bezeichnet. Sehen Roboterkontrolle

Die Positionierung durch kartesische Koordinaten kann durchgeführt werden, indem die Koordinaten in das System eingegeben werden oder einen Lehranhänger verwenden, der den Roboter in X-Y-Z-Richtungen bewegt. Für einen menschlichen Bediener ist es viel einfacher, Bewegungen nach oben/nach unten/rechts usw. zu visualisieren, als jedes Gelenk nacheinander zu bewegen. Wenn die gewünschte Position erreicht ist, wird sie dann in irgendeiner Weise für die verwendete Robotersoftware definiert, z. P1 - P5 unten.

Typische Programmierung

Die meisten artikulierten Roboter spielen eine Reihe von Positionen im Gedächtnis und bewegen sich zu verschiedenen Zeiten in ihrer Programmiersequenz zu ihnen. Beispielsweise kann ein Roboter, der Elemente von einem Ort (Bin A) zu einem anderen (Bin B) bewegt, ein einfaches Programm "Pick and Place" ähnlich wie folgt:

Punkte P1 - P5 definieren:

1. Sicher über dem Werkstück (definiert als P1)
2. 10 cm oberhalb von Bin A (definiert als P2)
3. An der Position, um von Bin A teilzunehmen (definiert als p3)
4. 10 cm über Bin B (definiert als P4)
5. An der Position, um aus Bin B. (definiert als p5) teilzunehmen

Programm definieren:

1. Wechseln Sie zu P1
2. Wechseln Sie zu P2
3. Wechseln Sie zu P3
4. Greifer schließen
5. Wechseln Sie zu P2
6. Wechseln Sie zu P4
7. Wechseln Sie zu P5
8. Greifer offen
9. Wechseln Sie zu P4
10. Bewegen Sie sich zu P1 und beenden Sie

Beispiele dafür, wie dies in beliebten Robotersprachen aussehen würde, sehen Industrie -Roboterprogrammierung.

Singularitäten

Der amerikanische Nationalstandard für Industrie-Roboter und Robotersysteme-Sicherheitsanforderungen (ANSI/RIA R15.06-1999) definiert eine Singularität als „eine Erkrankung, die durch die kollineare Ausrichtung von zwei oder mehr Roboterachsen verursacht wird, was zu unvorhersehbaren Roboterbewegungen und Geschwindigkeiten führt.“ Es ist am häufigsten in Roboterarmen, die ein „Triple-Roll-Handgelenk“ verwenden. Dies ist ein Handgelenk, über das die drei Achsen des Handgelenks, die Gier, Tonhöhe und Rollen kontrollieren, durch einen gemeinsamen Punkt verlaufen. Ein Beispiel für eine Handgelenks -Singularität ist, wenn der Weg, durch den der Roboter reist, die erste und dritte Achsen des Handgelenks des Roboters (d. H. Roboter -Achsen 4 und 6) ausrichten. Die zweite Handgelenksachse versucht dann, in Null die Zeit von 180 ° zu spinnen, um die Ausrichtung des Endeffektors aufrechtzuerhalten. Ein weiterer häufiger Begriff für diese Singularität ist ein „Handgelenkflip“. Das Ergebnis einer Singularität kann ziemlich dramatisch sein und nachteilige Auswirkungen auf den Roboterarm, den Endffektor und den Prozess haben. Einige Industrie-Roboterhersteller haben versucht, die Situation zu vergrößern, indem sie den Weg des Roboters leicht verändert haben, um diesen Zustand zu verhindern. Eine andere Methode besteht darin, die Reisegeschwindigkeit des Roboters zu verlangsamen und so die Geschwindigkeit zu verringern, die für das Handgelenk zum Übergang erforderlich ist. Die ANSI/RIA hat vorgeschrieben, dass Roboterhersteller den Benutzer auf Singularitäten aufmerksam machen müssen, wenn sie auftreten, während das System manuell manipuliert wird.

Eine zweite Art der Singularität in vertikal artikulierten sechs Achsen-Robotern auf dem Handgelenk tritt, wenn das Handgelenkzentrum auf einem Zylinder liegt, der um Achse 1 zentriert ist, und mit einem Radius, der dem Abstand zwischen den Achsen 1 und 4 entspricht. Dies wird als Schulter-Singularität bezeichnet. Einige Roboterhersteller erwähnen auch Ausrichtungs -Singularitäten, bei denen die Achsen 1 und 6 zufällig sind. Dies ist einfach eine Unterkasse von Schulter-Singularitäten. Wenn der Roboter nahe an einer Schulter -Singularität passt, dreht sich das Gelenk 1 sehr schnell.

Die dritte und letzte Art der Singularität in vertikal artikulierten Sechs-Achsen-Robotern auf dem Handgelenk tritt auf, wenn das Zentrum des Handgelenks in derselben Ebene wie die Achsen 2 und 3 liegt.

Singularitäten sind eng mit den Phänomenen von verbunden Gimbal Lock, was eine ähnliche Ursache für Achsen aufweist.

Marktstruktur

Laut dem International Federation of Robotics (IFR) Studie World Robotics 2020Bis Ende 2019 gab es etwa 2.722.077 operative Industrie -Roboter.^[17] Diese Zahl erreicht bis Ende 2021 auf 3.788.000.^[18] Für das Jahr 2018 schätzt der IFR den weltweiten Umsatz von Industriebotern mit 16,5 Milliarden US -Dollar. Einschließlich der Kosten für Software-, Peripherie- und Systemtechnik, wird der jährliche Umsatz für Robotersysteme im Jahr 2018 auf 48,0 Milliarden US -Dollar geschätzt.^[18]

China ist der größte Industrie -Roboter -Markt mit 154.032 Einheiten im Jahr 2018.^[18] China hatte mit 649.447 Ende 2018 den größten operativen Bestand an Industriebotern.^[19] Die United States Industrial Roboter-Hersteller haben 2018 35.880 Roboter in die Fabriken in den USA versandt, und dies war 7% mehr als im Jahr 2017.^[20]

Der größte Kunde von Industrieboots ist die Automobilindustrie mit 30%Marktanteil, dann die Elektro-/Elektronikindustrie mit 25%, Metall- und Maschinenindustrie mit 10%, Gummi- und Kunststoffindustrie mit 5%und Lebensmittelindustrie mit 5%.^[18] In Textilien, Bekleidung und Lederindustrie sind 1.580 Einheiten in Betrieb.^[21]

Geschätztes weltweites jährliches Angebot an Industriebotern (in Einheiten):^[17]

Gesundheit und Sicherheit

Das International Federation of Robotics hat einen weltweiten Anstieg der Einführung von Industriebotern vorhergesagt und schätzungsweise 1,7 Millionen neue Roboterinstallationen in Fabriken weltweit bis 2020 geschätzt [IFR 2017]. Schnelle Fortschritte bei Automatisierungstechnologien (z. B. Fixedroboter, kollaborative und mobile Roboter und Exoskelette) können die Arbeitsbedingungen verbessern, aber auch Gefahren am Arbeitsplatz an der Herstellung von Arbeitsplätzen einführen.^[22] [1] Trotz des Mangels an beruflichen Überwachungsdaten zu Verletzungen, die speziell mit Robotern verbunden sind, Forscher aus den USA Nationales Institut für Arbeitssicherheit und Gesundheit (NIOSH) identifizierten 61 Todesfälle im Zusammenhang mit dem Roboter zwischen 1992 und 2015 mithilfe der Schlüsselwortsuche der Bureau of Labour Statistics (BLS) Volkszählung der Forschungsdatenbank für fatale Arbeitsverletzungen (siehe Info von Zentrum für Berufsroboterforschung). Verwenden von Daten des Bureau of Labour Statistics haben NIOSH und seine staatlichen Partner 4 Roboter-Todesfälle unter dem untersucht Fatalitätsbewertungs- und Kontrollbewertungsprogramm. Darüber hinaus hat die Arbeitsschutzbehörde (OSHA) Dutzende von Todesfällen und Verletzungen im Zusammenhang mit Robotern untersucht, die bei überprüft werden können OSHA -Unfall -Suchseite. Verletzungen und Todesfälle könnten sich im Laufe der Zeit erhöhen, da die Anzahl der kollaborativen und koexistierenden Roboter, angetriebenen Exoskeletten und autonomen Fahrzeuge in das Arbeitsumfeld zunehmend angetrieben wird.

Sicherheitsstandards werden von der entwickelt Roboterindustrievereinigung (RIA) in Verbindung mit dem American National Standards Institute (ANSI).[2] Am 5. Oktober 2017 unterzeichneten OSHA, NIOSH und RIA eine Allianz Um zusammenzuarbeiten, um technisches Know-how zu verbessern, potenzielle Gefahren am Arbeitsplatz im Zusammenhang mit traditionellen Industrie-Robotern und der aufkommenden Technologie der Installationen und Systeme für Human-Robot-Zusammenarbeit zu identifizieren und zu beheben, und dazu beitragen, die erforderlichen Forschungen zur Reduzierung von Gefahren am Arbeitsplatz zu identifizieren. Am 16. Oktober startete NIOSH die Zentrum für Berufsroboterforschung "Bereitstellung einer wissenschaftlichen Führung, um die Entwicklung und Verwendung von Berufsrobotern zu leiten, die die Sicherheit, Gesundheit und das Wohlbefinden der Arbeitnehmer verbessern". Bisher umfassen die von NIOSH und seinen Partnern ermittelten Forschungsbedarf: Verfolgung und Verhinderung von Verletzungen und Todesfällen, Interventions- und Verbreitungsstrategien zur Förderung der sicheren Maschinenkontroll- und Wartungsverfahren sowie zur Umsetzung wirksamer evidenzbasierter Interventionen in die Arbeitsplatzpraxis.

Siehe auch

• Automatisierung
• Inländischer Roboter
• Intelligent Industrial Work Assistant (iiwa)
• Lichter aus (Herstellung)
• Mobile Industrie -Roboter
• Kartesischer Koordinatenroboter
• Roboter
• Robotiksicherheit am Arbeitsplatz

Verweise

Weitere Lektüre

• NOF, Shimon Y. (Herausgeber) (1999). Handbuch der Industriemöglichkeiten der Robotik, 2. Aufl. John Wiley & Sons. 1378 pp. ISBN0-471-17783-0.
• Lars Westerlund (Autor) (2000). Der ausgedehnte Arm des Menschen. ISBN91-7736-467-8.
• Michal Gurgul (Autor) (2018). Industrie-Roboter und Cobots: Alles, was Sie über Ihren zukünftigen Kollegen wissen müssen. ISBN978-83-952513-0-6.

Externe Links

• Industrieboots- und Robotersystemsicherheit (durch OSHA, Also öffentlich zugänglich).
• Internationale Föderation der Robotik IFR (weltweit)
• Roboter Industries Association RIA (Nordamerika)
• Bara, British Automation and Robotics Association (UK)
• Zentrum für Berufsroboterforschung durch Niosh
• Sicherheitsstandards für Robotik
• Strategien zur Behandlung neuer Technologien aus dem INRS
• Maschinenwächter - Warum es eine gesetzliche Anforderung ist