Βιομηχανικά ρομπότ

Αρθρωτό βιομηχανικό ρομπότ που λειτουργεί σε χυτήριο.

Αυτοματισμός εργοστασίου με βιομηχανικά ρομπότ για την παλετοποίηση προϊόντων διατροφής όπως ψωμί και τοστ σε ένα αρτοποιείο στη Γερμανία

Ένα βιομηχανικό ρομπότ καθορίζεται από το πρότυπο ISO ως ένας αυτόματα ελεγχόμενος, επαναπρογραμματιζόμενος, πολλαπλός βραχίονας κατασκευασμένος με τρεις ή περισσότερους άξονες. Το πεδίο της ρομποτικής μπορεί να χαρακτηριστεί πιο ουσιαστικά ως η μελέτη, ο σχεδιασμός και η χρήση robot για την δημιουργία κατασκευών (ένας top-level ορισμός στηρίζεται στον εκ των προτέρων καθορισμό των ρομπότ).

Τυπικές εφαρμογές της ρομποτικής είναι η συγκόλληση, οι βαφές, η συναρμολόγηση, η τοποθέτηση (όπως συσκευασίες, παλετοποιήσεις και SMT), ο έλεγχος προϊόντων, και οι δοκιμές. Και όλα αυτά με υψηλή αντοχή, ταχύτητα και ακρίβεια.

Τα είδη των βιομηχανικών ρομπότ

Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα ρομπότ είναι τα αρθρωτά, τα SCARA και τα ρομπότ που χρησιμοποιούν τις καρτεσιανές συντεταγμένες(γνωστά και ως ρομπότ πίνακα ή ρομπότ Χ Υ Ζ). Στο πλαίσιο της γενικής ρομποτικής, τα περισσότερα είδη ρομπότ εμπίπτουν στην κατηγορία των ρομποτικών βραχιόνων, συνυφασμένο με τη χρήση της λέξης βραχίονας στο προαναφερθέν πρότυπο (ISO). Τα ρομπότ εμφανίζουν διαφορετικό βαθμό αυτονομίας:

• Μερικά ρομπότ προγραμματίζονται για την πιστή εκτέλεση συγκεκριμένων ενεργειών ξανά και ξανά (επαναλαμβανόμενες πράξεις) χωρίς μεταβολές και με υψηλό βαθμό ακρίβειας. Οι δράσεις αυτές καθορίζονται από προγραμματισμένες ρουτίνες που καθορίζουν την κατεύθυνση, την επιτάχυνση, την ταχύτητα, την επιβράδυνση, και την απόσταση από μια σειρά συντονισμένων κινήσεων.
• Άλλα ρομπότ είναι πολύ πιο ευέλικτα ως προς τον προσανατολισμό του αντικειμένου το οποίο λειτουργούν, ή ακόμα και την εργασία που πρέπει να εκτελεστεί στο ίδιο το αντικείμενο, το οποίο μπορεί ακόμα να χρειαστεί να προσδιοριστεί από το ίδιο το ρομπότ. Για παράδειγμα, για πιο ακριβή καθοδήγηση, τα ρομπότ συχνά περιέχουν υποσυστήματα μηχανικής όρασης που ενεργούν ως "μάτια”. Συνδεόμενα με ισχυρούς υπολογιστές ή ελεγκτές (controllers). Η τεχνητή νοημοσύνη, ή ό,τι μοιάζει με αυτή, γίνεται όλο και πιο σημαντικός παράγοντας στα σύγχρονα βιομηχανικά ρομπότ.

Ιστορία της ρομποτικής βιομηχανίας

O George Devol, το 1982

Ο George Devol αιτήθηκε τα πρώτα διπλώματα ευρεσιτεχνίας για ρομπότ το 1954 (του χορηγήθηκε το 1961). Η πρώτη εταιρεία που παρήγαγε ρομπότ ήταν η Unimation, που ιδρύθηκε από τον Devol και τον Joseph F. Engelberger το 1956 και αρχικά βασίστηκε στο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας του Devol. Τα ρομπότ της Unimation που ονομαζόταν επίσης και μηχανές προγραμματισμένων μεταφορών, λόγω της κύριας λειτουργίας τους που ήταν η μεταφορά αντικειμένων από ένα σημείο σε κάποιο άλλο, για αποστάσεις 4 μέτρων το πολύ. Χρησιμοποιούσαν υδραυλικούς ενεργοποιητές και είχαν προγραμματιστεί σε κοινές συντεταγμένες, δηλαδή οι γωνίες των διαφόρων αρθρώσεων αποθηκεύονταν κατά τη διάρκεια μιας φάσης διδασκαλίας και να αναπαράγονταν κατά τη λειτουργία. Ήταν ακριβή κατά 1/10,000 της ίντσας. (σημ: αν και η ακρίβεια δεν είναι το κατάλληλο μέτρο για τα ρομπότ, που συνήθως αξιολογούνται από τον ορισμό της επαναληψιμότητας). Η Unimation αργότερα αδειοδότησε την Kawasaki Heavy Industries και την Guest-Nettlefolds κατασκευάζοντας τα Unimates στην Ιαπωνία και την Αγγλία αντίστοιχα. Για αρκετό καιρό ο μοναδικός ανταγωνιστής της Unimation ήταν η Cincinnati Milacron Inc. του Οχάιο. Αυτό άλλαξε ριζικά στα τέλη της δεκαετίας του 1970, όταν πολλοί μεγάλοι ιαπωνικοί όμιλοι άρχισαν να παράγουν παρόμοια βιομηχανικά ρομπότ.

Το 1969 ο Victor Scheinman στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ ανακάλυψε το "βραχίονα του Στάνφορντ", έναν πλήρως ηλεκτρικό, 6 - αρθρωτό ρομποτικό άξονα σχεδιασμένο για να καταστεί δυνατή η λύση του βραχίονα. Αυτό επέτρεψε να ακολουθεί με ακρίβεια αυθαίρετες διαδρομές στο χώρο και διεύρυνε τις δυνατότητες χρήσης του ρομπότ σε πιο εξελιγμένες εφαρμογές, όπως η συναρμολόγηση και συγκόλληση. Ο Scheinman σχεδίασε κι ένα δεύτερο βραχίονα για το εργαστήριο Τεχνητής Νοημοσύνης του ΜΙΤ. Αφού έλαβε μια υποτροφία από την Unimation για να εξελίξει τα σχέδια του, στη συνέχεια τα πούλησε στην ίδια εταιρία, όπου συνέχυσε να τα εξελίσσει με την υποστήριξη της General Motors και έπειτα το έβγαλε στην αγορά ως την καθολικά προγραμματιζόμενη μηχανή για συναρμολόγηση (PUMA).

Η ρομποτική βιομηχανία απογειώθηκε πολύ γρήγορα στην Ευρώπη, τόσο από την ABB Robotics όσο και από την KUKA Robotics όπου έφεραν ρομπότ στην αγορά το 1973. Η ABB robotics (πρώην ASEA) Εισήγαγε την IRB 6, μεταξύ των πρώτων στον κόσμο που διατίθεντο στο εμπόριο, εξολοκλήρου ηλεκτρικά ρομπότ που ελέγχονταν από μικροεπεξεργαστή. Τα δύο πρώτα ρομπότ IRB 6 πωλήθηκαν στην Magnusson στη Σουηδία για λείανση και στίλβωση των γωνιών σε σωλήνες και εγκαταστάθηκαν στην παραγωγή τον Ιανουάριο του 1974. Επίσης, το 1973 η KUKA robotics δημιούργησε το πρώτο ρομπότ, γνωστό ως FAMULUS, επίσης, ένα από τα πρώτα αρθρωτά ρομπότ που δούλευαν με έξι ηλεκτρομηχανικούς άξονες.

Το ενδιαφέρον στη ρομποτική αυξήθηκε στα τέλη του 1970 και πολλές εταιρείες των ΗΠΑ εισήλθαν στον τομέα, συμπεριλαμβανομένων των μεγάλων εταιρειών όπως η General Electric, και η General Motors (η οποία σχημάτισε με κοινοπραξία την FANUC robotics με την FANUC LTD της Ιαπωνίας). Στις πρωτοπόρες εταιρίες περιλαμβάνονται η Automatrix και η Adept Technology Inc. Στην κορύφωση της έκρηξης της ρομποτικής το 1984 η Unimation εξαγοράστηκε από την Westinghouse Electric Corporation έναντι 107 εκατομμυρίων δολαρίων. Η Westinghouse πούλησε την Unimation στην Γαλλική Stäubli Faverges SCA το 1988, η οποία ακόμα παράγει αρθρωτά ρομπότ για γενικές βιομηχανικές εφαρμογές, η οποία αγόρασε ακόμη και το ρομποτικό τμήμα της Bosch στα τέλη του 2004.

Μόνο λίγες μη Ιαπωνικές εταιρίες κατάφεραν να επιβιώσουν σε αυτή την αγορά, οι κυριότερες είναι η Adept Technology, η Stäubli-Unimation, η Swedish-Swiss η ABB Asea Brown Boveri και η Γερμανική KUKA Robotics.

Τεχνικές περιγραφές

Ορισμός παραμέτρων

• Αριθμός αξόνων - δύο άξονες απαιτούνται για να φθάσουν σε οποιοδήποτε σημείο σε ένα επίπεδο. Τρεις άξονες απαιτούνται για την πρόσβαση σε κάθε σημείο του χώρου. Για πλήρη έλεγχο του προσανατολισμού στην άκρη του βραχίονα (δηλαδή τον καρπό), απαιτούνται τρεις περισσότεροι άξονες (εκτροπής, λαβής, και κύλισης). Μερικά σχέδια (π.χ. τα ρομπότ SCARA) έχουν περιορισμούς στη δυνατότητα κίνησης για το κόστος, την ταχύτητα και την ακρίβεια.
• Βαθμός ελευθερίας - που είναι συνήθως ο ίδιος με τον αριθμό των αξόνων.
• Φάκελος εργασίας - η περιοχή του χώρου που μπορεί να φτάσει ένα ρομπότ.
• Κινηματική - η πραγματική ρύθμιση των άκαμπτων μελών και αρθρώσεων του ρομπότ, που ορίζει ποιες κινήσεις του είναι δυνατόν να γίνουν. Οι κατηγορίες της κινηματικής στα ρομπότ περιλαμβάνουν τα αρθρωτά, τα καρτεσιανά, τα παράλληλα και τα SCARA.
• Φέρουσα ικανότητα ή ωφέλιμο φορτίο – Πόσο βάρος μπορεί να σηκώσει ένα ρομπότ.
• Ταχύτητα - Πόσο γρήγορα μπορεί το ρομπότ να φέρει σε λειτουργία το άκρο του βραχίονα του. Αυτό μπορεί να καθορίζεται με βάση την γωνιακή ή γραμμική ταχύτητα του κάθε άξονα ή ως συνδυασμός ταχύτητας, δηλαδή την ταχύτητα στο τέλος του βραχίονα, όταν όλοι οι άξονες κινούνται.
• Επιτάχυνση - Πόσο γρήγορα ένας άξονας μπορεί να επιταχύνει. Δεδομένου ότι αυτό είναι ένας περιοριστικός παράγοντας αφού ένα ρομπότ μπορεί να μην είναι σε θέση να φθάσει την καθορισμένη μέγιστη ταχύτητα για τις μετακινήσεις του σε μικρή απόσταση ή για μια σύνθετη διαδρομή που απαιτεί συχνές αλλαγές κατεύθυνσης.
• Ακρίβεια - Πόσο κοντά ένα ρομπότ μπορεί να φτάσει μια απαιτούμενη θέση. Όταν η απόλυτη θέση του ρομπότ μετριέται σε σχέση με την απαιτούμενη θέση το σφάλμα είναι ένα μέτρο ακρίβειας. Η ακρίβεια μπορεί να βελτιωθεί με εξωτερικούς αισθητήρες, για παράδειγμα ένα σύστημα όρασης ή υπέρυθρων. Δείτε βαθμονομήσεις ρομπότ. Η ακρίβεια μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με την ταχύτητα, τη θέση εργασίας στο φάκελο εργασίας και με το ωφέλιμο φορτίο (βλέπε συμμόρφωση).
• Επαναληψιμότητα - Πόσο καλά το ρομπότ θα επιστρέψει σε μια προγραμματισμένη θέση. Αυτό δεν είναι το ίδιο με την ακρίβεια. Μπορεί να είναι όταν του δοθεί εντολή να πάει σε μια συγκεκριμένη θέση Χ-Υ-Ζ και αυτό να γίνεται με απόκλιση όχι μεγαλύτερη του 1χιλ. Αυτή θα ήταν η ακρίβεια η οποία μπορεί να βελτιωθεί με βαθμονόμηση. Αν όμως αυτή η θέση διδάσκεται στη μνήμη του ελεγκτή, κάθε φορά που επιστρέφει σε εκείνο το σημείο το κάνει με απόκλιση 0,1 χιλ. της θέσης που έχει εκπαιδευτεί. Τότε η επαναληψιμότητα είναι μέσα σε αυτό το 0,1 χιλ.

Η ακρίβεια και η επαναληψιμότητα είναι διαφορετικά μέτρα. Η επαναληψιμότητα είναι συνήθως το πιο σημαντικό κριτήριο για ένα ρομπότ. Το ISO 9283 καθορίζει μια μέθοδο με την οποία τόσο η ακρίβεια όσο και η επαναληψιμότητα μπορούν να μετρηθούν. Συνήθως ένα ρομπότ επιστρέφει στη θέση που διδάχτηκε πολλές φορές και το σφάλμα υπολογίζεται σε κάθε επιστροφή στη θέση του μετά την επίσκεψη από 4 διαφορετικές θέσεις. Επαναληψιμότητα είναι η ποσοτικοποίηση με τη χρήση της τυπικής απόκλισης των δειγμάτων και στις τρεις διαστάσεις. Ένα τυπικό ρομπότ μπορεί, φυσικά να κάνει σφάλμα θέσης που να την υπερβαίνει και αυτό θα μπορούσε να είναι ένα πρόβλημα για τη διαδικασία. Επιπλέον, η επαναληψιμότητα είναι διαφορετική σε διάφορα μέρη του φακέλου εργασίας, και επίσης αλλάζει ανάλογα με την ταχύτητα και το ωφέλιμο φορτίο. Το ISO 9283 ορίζει ότι η ακρίβεια και η επαναληψιμότητα πρέπει να μετράται με τη μέγιστη ταχύτητα και το μέγιστο ωφέλιμο φορτίο. Όμως, αυτό οδηγεί σε απαισιόδοξες τιμές, ενώ τα ρομπότ θα μπορούσαν να είναι πολύ πιο ακριβή και επαληθεύσιμα σε ελαφριά φορτία και ταχύτητες. Η επαναληψιμότητα σε μια βιομηχανική διαδικασία εξαρτάται επίσης από την ακρίβεια στο τέλος της επίδρασης, για παράδειγμα, μια αρπάγη, ακόμα και ο σχεδιασμός των «δάχτυλων», που ταιριάζουν με τη λαβή του αντικειμένου που άρπαξε. Για παράδειγμα, αν ένα ρομπότ πιάσει μια βίδα από το κεφάλι, η βίδα θα μπορούσε να είναι υπό μια τυχαία γωνία. Μια μεταγενέστερη προσπάθεια να τοποθετήσει τη βίδα σε μια τρύπα θα μπορούσε εύκολα να αποτύχει. Αυτά και άλλα παρόμοια σενάρια θα μπορούσαν να βελτιωθούν π.χ. με κάποιους "οδηγούς" κάνοντας την είσοδο στην τρύπα κωνική.

• Ελέγχου κίνησης - για ορισμένες εφαρμογές, όπως στην απλή συνένωση pick-and-place, το ρομπότ χρειάζεται ελάχιστες επαναληπτικές επιστροφές στις προ-εκπαιδευθέντες θέσεις. Για πιο εξελιγμένες εφαρμογές, όπως η συγκόλληση και το φινίρισμα (σπρέι βαφής), η κίνηση πρέπει να ελέγχονται συνεχώς για να ακολουθήσει μια διαδρομή στο χώρο, με ελεγχόμενη ταχύτητα και προσανατολισμό.
• Τροφοδοσία - μερικά ρομπότ χρησιμοποιούν ηλεκτρικούς κινητήρες, άλλα χρησιμοποιούν υδραυλικούς ενεργοποιητές. Τα πρώτα είναι πιο γρήγορα, ενώ τα τελευταία είναι ισχυρότερα και πιο συμφέρουσα σε εφαρμογές όπως η βαφή με ψεκασμό, όπου μια σπίθα μπορεί να δημιουργήσει έκρηξη. Ωστόσο, χαμηλή πίεση αέρα στο εσωτερικό του βραχίονα μπορεί να αποτρέψει την είσοδο των εύφλεκτων ατμών καθώς και άλλων ρύπων.
• Οδηγός - μερικά ρομπότ συνδέουν ηλεκτροκινητήρες στις αρθρώσεις μέσω γραναζιών. Άλλα συνδέουν τον κινητήρα στην άρθρωση απευθείας (άμεσος οδηγός). Η χρήση γραναζιών έχει ως αποτέλεσμα μια μετρήσιμη «αντίδραση» η οποία δεν υπάρχει σε έναν άξονα. Μικρότεροι ρομποτικοί βραχίονες χρησιμοποιούν συχνά υψηλής ταχύτητας, χαμηλής ροπής κινητήρες συνεχούς ρεύματος, που απαιτούν συνήθως υψηλότερη αναλογία γρανάζωσης. Αυτό έχει το μειονέκτημα της αντίδρασης. Σε τέτοιες περιπτώσεις η αρμονική καθοδήγηση χρησιμοποιείται συχνά.
• Συμμόρφωση – Αυτή είναι η μέτρηση της γωνίας ή της απόστασης που ένας ρομποτικός άξονας θα μετακινηθεί όταν εφαρμοστεί πάνω του μια μία δύναμη. Λόγω της συμμόρφωσης όταν ένα ρομπότ πηγαίνει σε μία θέση μεταφέροντας το μέγιστο ωφέλιμο φορτίο, θα βρεθεί στην θέση αυτή ελαφρώς πιο αργά απ’ όταν δεν θα φέρει φορτίο. Η συμμόρφωση μπορεί επίσης να είναι υπεύθυνη για υπερβάσεις όταν το ρομπότ είναι φορτωμένο με μεγάλο φορτίο, σ’ αυτήν την περίπτωση η επιτάχυνση θα πρέπει να μειώνεται.

Διεπαφές και προγραμματισμός ρομπότ

Offline programming by ROBCAD

Η εγκατάσταση ή ο προγραμματισμός των κινήσεων και των ακολουθιών για ένα βιομηχανικό ρομπότ συνήθως διδάσκονται με τη σύνδεση του ελεγκτή του ρομπότ σε ένα φορητό υπολογιστή, επιτραπέζιο υπολογιστή ή (εσωτερικού ή Διαδικτυακού) δικτυακό υπολογιστή.

Ένα ρομπότ και μια συλλογή μηχανών ή περιφερειακών αναφέρονται ως κελί εργασίας, ή κελί. Ένα τυπικό κελί μπορεί να περιέχει έναν τροφοδότη των τμημάτων, μια μηχανή σχεδίασης και ένα ρομπότ. Οι διάφορες μηχανές είναι ένα ολοκληρωμένο σύστημα και ελέγχονται από έναν υπολογιστή ή ένα PLC. Το πώς αλληλεπιδρά το ρομπότ με τις άλλες μηχανές στο κελί πρέπει να προγραμματιστεί, τόσο όσον αφορά τις θέσεις τους στο κελί όσο και τον συγχρονισμό τους.

Λογισμικό: Ο υπολογιστής εγκαθίσταται με αντίστοιχο λογισμικό διασύνδεσης. Η χρήση ενός υπολογιστή απλοποιεί σημαντικά τη διαδικασία προγραμματισμού. Εξειδικευμένο ρομποτικό λογισμικό λειτουργεί είτε στον ελεγκτή του ρομπότ ή στον υπολογιστή ή και τα δύο ανάλογα με το σχεδιασμό του συστήματος.

Υπάρχουν δύο βασικές ενότητες που πρέπει να διδαχθούν (ή να προγραμματιστούν): τα δεδομένα θέσης και διαδικασίας. Για παράδειγμα, σε μια εργασία μετακίνησης μιας βίδα από έναν τροφοδότη σε μια τρύπα οι θέσεις του τροφοδότη και της τρύπας πρέπει πρώτα να διδαχθούν ή να προγραμματιστούν. Δεύτερον, η διαδικασία να πάρει τη βίδα από τον τροφοδότη στην τρύπα πρέπει να προγραμματιστεί, μαζί με κάθε είσοδο/έξοδο (I/O) που εμπλέκονται, για παράδειγμα, ένα σήμα για να δείξει πότε είναι η βίδα στον τροφοδότη έτοιμη ώστε να παραληφθεί. Ο σκοπός του ρομποτικού λογισμικού είναι να διευκολύνει και τις δύο αυτές εργασίες προγραμματισμού.

Η διδασκαλία των θέσεων των ρομπότ μπορεί να επιτευχθεί με διάφορους τρόπους:

Εντολές θέσεων: Το ρομπότ μπορεί να κατευθυνθεί προς την επιθυμητή θέση χρησιμοποιώντας ένα γραφικό περιβάλλον βασισμένο σε κείμενο ή εντολές στις οποίες η απαιτούμενη θέση X-Y-Z μπορούν να προσδιορίζονται και να επεξεργάζονται.

Διδακτικό μέσο: Οι θέσεις των ρομπότ μπορούν να διδαχθούν μέσω ενός εκπαιδευτικού μέσου. Αυτό είναι μια φορητή μονάδα ελέγχου και προγραμματισμού. Τα κοινά χαρακτηριστικά των εν λόγω μονάδων είναι η δυνατότητα να στέλνουν τα ρομπότ σε μια επιθυμητή θέση, ή "ίντσας" ή "επαφής" για να ρυθμιστεί μια θέση. Έχουν επίσης έναν τρόπο για να αλλάζουν την ταχύτητα από μια χαμηλή ταχύτητα που συνήθως απαιτείται για την προσεκτική τοποθέτηση, ή κατά τη διάρκεια δοκιμών μιας νέας ή τροποποιημένης ρουτίνας. Ένα μεγάλο κουμπί ακινητοποίησης έκτακτης ανάγκης συνήθως περιλαμβάνεται. Συνήθως όταν το ρομπότ έχει προγραμματιστεί δεν υπάρχει πλέον λόγος για τη χρήση διδάσκοντος μέσου.

Οδηγούμενο-από-τη-μύτη: είναι μια τεχνική που προσφέρονται από πολλούς κατασκευαστές ρομπότ. Σε αυτή τη μέθοδο, ένας άνθρωπος κρατάει το μηχανισμό χειρισμού του ρομπότ, ενώ κάποιος άλλος εισάγει μια εντολή που απενεργοποιεί το ρομπότ προκαλώντας το να χαλαρώσει. Ο χρήστης μετακινεί το ρομπότ στη συνέχεια με το χέρι στην απαιτούμενη θέση και/ή κατά μήκος μιας απαιτούμενης πορείας, ενώ το λογισμικό καταγράφει αυτή τη θέση στη μνήμη. Το πρόγραμμα μπορεί να τρέξει στη συνέχεια το ρομπότ σε αυτές τις θέσεις ή κατά μήκος της διαδρομής που έχει διδαχθεί. Αυτή η τεχνική είναι δημοφιλής για καθήκοντα όπως η βαφή.

Προγραμματισμός εκτός σύνδεσης: είναι όπου όλο το κελί, το ρομπότ και όλα τα μηχανήματα ή τα εργαλεία στον χώρο εργασίας αντιστοιχίζονται γραφικά. Το ρομπότ μπορεί στη συνέχεια να μεταφερθεί στην οθόνη και η διαδικασία να προσομοιωθεί. Η τεχνική αυτή είναι περιορισμένη διότι βασίζεται σε ακριβή μέτρηση των θέσεων του σχετιζόμενου εξοπλισμού και επίσης στηρίζεται στην ακρίβεια θέσης του ρομπότ που μπορεί ή δεν μπορεί να είναι σύμφωνη με ό, τι έχει προγραμματιστεί (βλ. την ακρίβεια και την επαναληψιμότητα, παραπάνω).

Άλλου είδους: χειριστές μηχανών χρησιμοποιούν συχνά συσκευές διεπαφής χρήστη, συνήθως οθόνες αφής, οι οποίες χρησιμεύουν ως ο πίνακας ελέγχου του χειριστή. Ο χειριστής μπορεί να εναλλάσσετε από πρόγραμμα σε πρόγραμμα, να κάνει προσαρμογές στο πλαίσιο ενός προγράμματος, αλλά και να λειτουργεί μια σειρά από περιφερειακές συσκευές που μπορούν να ενταχθούν στο ίδιο ρομποτικό σύστημα. Τέτοιες μπορεί να είναι μηχανισμοί τερματισμού, τροφοδότες που προμηθεύουν εξαρτήματα το ρομπότ, ιμάντες, όργανα διακοπής λειτουργίας εκτάκτου ανάγκης, συστήματα μηχανικής όρασης υπολογιστή, ασφάλεια κλειδώματος συστήματος, εκτυπωτές bar code και μια σχεδόν άπειρη σειρά από άλλες βιομηχανικές συσκευές, οι οποίες ελέγχονται μέσω του πίνακα ελέγχου χειρισμού.

Το εκπαιδευτικό μέσο ή το PC συνήθως αποσυνδέεται μετά τον προγραμματισμό και το ρομπότ τρέχει στη συνέχεια το πρόγραμμα που έχει εγκατασταθεί στον ελεγκτή του. Ωστόσο, υπολογιστές χρησιμοποιούνται συχνά για να «εποπτεύουν» το ρομπότ και τα τυχόν περιφερειακά, ή να παρέχουν πρόσθετο αποθηκευτικό χώρο για πρόσβαση σε πολλές πολύπλοκες διαδρομές και ρουτίνες.

Εργαλεία στην άκρη του βραχίονα

Τα πιο σημαντικά περιφερειακά ρομπότ είναι αυτά που επιδρούν στο τέλος της διαδρομής. Κοινά παραδείγματα μηχανών στο τέλος της διαδρομής περιλαμβάνουν μηχανές συγκόλλησης (όπως η MIG - συγκόλλησης όπλων, συγκολλητές σημείου κλπ), πιστόλια ψεκασμού και λείανσης, αφαίρεσης γρεζιών (όπως δίσκοι, περιστρεφόμενοι μύλοι, αφαίρεσης σκόνης κλπ.) και αρπάγες (συσκευές που μπορεί να «πιάσουν» ένα αντικείμενο, συνήθως είναι ηλεκτρομηχανικά ή συμπιεσμένου αέρα). Άλλος ένας τρόπος «πιασίματος» πραγμάτων είναι με τον τρόπο της ηλεκτρικής σκούπας (κενό αέρος). Τα περιφερειακά στο τέλος της διαδρομής είναι συχνά περίπλοκα, κατασκευασμένα να ταιριάζουν στο εκάστοτε αντικείμενο και συχνά ικανά να χειρίζονται μια σειρά αντικειμένων κάθε φορά. Μπορεί να χρησιμοποιούν διάφορους αισθητήρες για να βοηθήσουν τα συστήματα των ρομπότ για τον εντοπισμό, το χειρισμό, και την τοποθέτηση των προϊόντων.

Έλεγχος Κίνησης

Για ένα συγκεκριμένο ρομπότ οι μόνοι παράμετροι που είναι απαραίτητοι για να εντοπιστεί πλήρως το τέλος της διαδρομής (αρπάγη, φλόγιστρο συγκόλλησης, κλπ.) του ρομπότ είναι οι γωνίες σε κάθε άρθρωση ή οι μετατοπίσεις των γραμμικών αξόνων (ή ο συνδυασμός δύο ρομπότ για τέτοιου είδους μορφές όπως τα SCARA). Ωστόσο, υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τρόποι για να καθοριστούν τα σημεία. Ο πιο κοινός και βολικός τρόπος για τον προσδιορισμό ενός σημείου είναι να καθοριστεί μια καρτεσιανή συντεταγμένη γι 'αυτό, δηλαδή η θέση του «τέλους της διαδρομής» σε mm στις Χ, Υ και Ζ κατευθύνσεις σε σχέση με την αρχική θέση του ρομπότ. Επιπλέον, ανάλογα με τους τύπους των αρθρώσεων που μπορεί να έχει ένα συγκεκριμένο ρομπότ , ο προσανατολισμός της επίδρασης στο τέλος της εκτροπής, λήψης και κύλισης και η θέση του εργαλείου που σχετίζεται με την πρόσοψη του ρομπότ, θα πρέπει να έχει καθοριστεί εξαρχής. Για συνενωμένους βραχίονες αυτές οι συντεταγμένες θα πρέπει να μετατραπούν σε κοινές γωνίες από τον ελεγκτή του ρομπότ και τέτοιες μετατροπές είναι γνωστές σαν καρτεσιανές μεταμορφώσεις που μπορεί να χρειαστεί να εκτελεστούν επαναληπτικά ή αναδρομικά για ρομπότ πολλαπλών αξόνων. Οι μαθηματικές σχέσεις μεταξύ των κοινών γωνιών και των πραγματικών χωρικών συντεταγμένων καλείται κινηματική. Δείτε επίσης: robot control.

Τοποθέτηση υπό από καρτεσιανές συντεταγμένες μπορεί να γίνει εισάγοντας τις συντεταγμένες στο σύστημα ή χρησιμοποιώντας ένα εκπαιδευτικό μέσο το οποίο κινεί το ρομπότ σε κατευθύνσεις στους άξονες X-Y-Z. Είναι πολύ πιο εύκολο για τον χειριστή να απεικονίσει κινήσεις πάνω / κάτω, αριστερά / δεξιά, κ.λπ. από το να κινεί μία μόνο σύνδεση κάθε φορά. Όταν η επιθυμητή θέση έχει επιτευχθεί αυτό ορίζεται στη συνέχεια με κάποιο τρόπο στο λογισμικό που χρησιμοποιεί το ρομπότ. π.χ. P1 - P5 παρακάτω:

Τυπικός Προγραμματισμός

Τα περισσότερα αρθρωτά ρομπότ δουλεύουν έχοντας αποθηκευμένες στη μνήμη τους μια σειρά από θέσεις. Και κινούνται σ’ αυτές ανά διαστήματα αναλόγως την συχνότητα του προγραμματισμού τους. Για παράδειγμα, ένα ρομπότ που μετακινεί αντικείμενα από το ένα μέρος στο άλλο θα μπορούσε να έχει ένα απλό πρόγραμμα «pick and place» παρόμοιο με το ακόλουθο:

Καθορίστε τα σημεία P1, P5:

1. Ασφάλισε το παραπάνω κομμάτι (που ορίζεται ως P1)
2. 10 cm πάνω από τον κάδο Α (που ορίζεται ως Ρ2)
3. Σε θέση για λήψη αντικειμένου από το δοχείο Α (που ορίζεται ως P3)
4. 10 cm πάνω από τον κάδο Β (που ορίζεται ως P4)
5. Σε θέση για λήψη αντικειμένου από το δοχείο Β (που ορίζεται ως P5)

Καθορισμός του προγράμματος:

1. Μετακίνηση στο P1
2. Μετακίνηση στο P2
3. Μετακίνηση στο P3
4. Κλείσιμο αρπάγης
5. Μετακίνηση στο P2
6. Μετακίνηση στο P4
7. Μετακίνηση στο P5
8. Άνοιγμα αρπάγης
9. Μετακίνηση στο P4
10. Μετακίνηση στο P1 και φινίρισμα

Για παραδείγματα πώς είναι αυτό σε δημοφιλείς γλώσσες ρομπότ δείτε industrial robot programming.

Ιδιομορφίες

Το Αμερικανικό εθνικό πρότυπο για τα βιομηχανικά ρομπότ και τα ρομποτικά συστήματα - Απαιτήσεις ασφαλείας (ANSI/RIA R15.06-1999) καθορίζει ως ιδιομορφία "μια κατάσταση που προκαλείται από την παράλληλη ευθυγράμμιση δύο ή περισσότερων αξόνων ρομπότ με αποτέλεσμα την απρόβλεπτη κίνηση και ταχύτητα του ρομπότ." Είναι πιο σύνηθες στα ρομπότ που χρησιμοποιούν "καρπούς τριπλής κύλισης". αυτοί είναι οι καρποί όπου ο χειρισμός εκτροπής, λαβής και κύλισης περνούν από ένα κοινό σημείο. Ένα παράδειγμα της ιδιομορφίας του καρπού είναι όταν η διαδρομή μέσω της οποίας το ρομπότ κινείται προκαλεί τον πρώτο και τον τρίτο άξονα του καρπού του ρομπότ να ευθυγραμμιστούν. Ο δεύτερος άξονας του καρπού, στη συνέχεια, προσπαθεί να περιστραφεί 360° σε μηδενικό χρόνο για να διατηρήσει τον προσανατολισμό του τέλους της διαδρομής. Άλλος ένας κοινός προσδιορισμός αυτής της ιδιομορφίας ονομάζεται περιστροφή του καρπού. Το αποτέλεσμα από μια τέτοια ανωμαλία μπορεί να είναι αρκετά δραματικό και μπορεί να έχει αρνητικές συνέπειες για τον βραχίονα του ρομπότ, το τέλος της διαδρομής, καθώς και στη διαδικασία. Μερικοί κατασκευαστές βιομηχανικών ρομπότ προσπάθησαν να παρακάμψουν την κατάσταση αυτή με την μεταβολή ελαφρώς της πορείας του ρομπότ. Μια άλλη μέθοδος είναι να επιβραδυνθεί η ταχύτητα ταξιδιού του ρομπότ, μειώνοντας έτσι την ταχύτητα που απαιτεί ο καρπός για να κάνει τη μετάβαση. Η ANSI/RIA απαιτεί ώστε οι χρήστες να ενημερώνονται από τους κατασκευαστές ρομπότ για τις ιδιομορφίες που μπορεί να συμβούν αν το σύστημα χρησιμοποιείται χειροκίνητα.

Σύγχρονες και μελλοντικές εξελίξεις

Από το 2005, οι επιχειρήσεις ρομποτικών βραχιόνων έχουν φτάσει σε μια ώριμη κατάσταση, όπου μπορούν να προσφέρουν αρκετή ταχύτητα, ακρίβεια και ευκολία χρήσης για τις περισσότερες εφαρμογές. Η καθοδηγούμενη όραση (γνωστή και ως μηχανική όραση) φέρνει μια μεγάλη ευελιξία στα ρομποτικά κελιά. Ωστόσο, το τέλος της διαδρομής που συνδέεται με ένα ρομπότ είναι συχνά ένα απλό 2- θέσεων τσοκ συμπιεσμένου αέρα. Αυτό δεν επιτρέπει στο ρομποτικό κελί να χειρίζεται εύκολα διάφορα μέρη, σε διαφορετικούς προσανατολισμούς.

Χέρι-χέρι με την αύξηση των εκτός σύνδεσης προγραμματισμένων εφαρμογών, η βαθμονόμηση των ρομπότ γίνεται όλο και πιο σημαντική, προκειμένου να εγγυάται καλή ακρίβεια εντοπισμού θέσης.

Άλλες εξελίξεις περιλαμβάνουν συρρίκνωση των βιομηχανικών βραχιόνων για ελαφριά βιομηχανική χρήση, όπως η παραγωγή μικρών προϊόντων, η σφράγιση και η διανομή, τον ποιοτικό έλεγχο, την επεξεργασία δειγμάτων στο εργαστήριο. Τα εν λόγω ρομπότ συνήθως κατατάσσονται ως ρομπότ "πάγκου". Τα ρομπότ χρησιμοποιούνται στη φαρμακευτική έρευνα ως μια τεχνική που ονομάζεται απόδοση υψηλού ελέγχου.Τα ρομπότ πάγκου επίσης χρησιμοποιούνται σε καταναλωτικές εφαρμογές (μικρο-ρομποτικοί βραχίονες). Βιομηχανικοί βραχίονες μπορούν να χρησιμοποιηθούν και να προσαρμοστούν ακόμα και σε αυτόματα οδηγούμενα οχήματα (AGVs) για να καταστήσουν την αλυσίδα αυτοματοποίησης πιο ευέλικτη μεταξύ λήψης και τοποθέτησης.

Διάρθρωση της αγοράς

Η έκθεση του 2010 από τη Διεθνή Ομοσπονδία Ρομποτικής δείχνει ότι οι ιαπωνικές εταιρείες προηγούνται παγκοσμίως σε αποθέματα και πωλήσεις των πολλαπλών χρήσεων βιομηχανικών ρομπότ. Περίπου 60 τοις εκατό των εγκαταστάσεων είναι αρθρωτά ρομπότ, το 22 τοις εκατό ρομποτικές γερανογέφυρες, 13 τοις εκατό ρομπότ SCARA και 4 τοις εκατό κυλινδρικά ρομπότ. Η πλειοψηφία των εγκαταστάσεων είναι στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας. Υπάρχει αύξηση των πωλήσεων εκτός αυτοκινητοβιομηχανιών, όπως τα μέταλλα και τα πλαστικά.

Το 2007 η παγκόσμια αγορά αυξήθηκε κατά 3%, με περίπου 114.000 εγκατεστημένα νέα βιομηχανικά ρομπότ. Στο τέλος του 2007 υπήρχαν περίπου ένα εκατομμύριο βιομηχανικά ρομπότ σε χρήση, σε σύγκριση με τις περίπου 50.000 ρομπότ υπηρεσιών για βιομηχανική χρήση.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• Industrial robots and robot system safety (by OSHA, so in the public domain).
• International Federation of Robotics IFR (worldwide)
• Robotic Industries Association RIA (North America).