Robot przemysłowy: co to jest, budowa i główne elementy

Robot przemysłowy to automatycznie sterowany, programowalny manipulator wielozadaniowy, który ma co najmniej trzy osie i wykonuje powtarzalne ruchy bez udziału człowieka. Tak w skrócie ujmuje to norma ISO 8373, do której odwołuje się branża. W zakładzie robot zwykle spawa, przenosi, pakuje, szlifuje albo obsługuje obrabiarki.

Pod względem budowy robot składa się z mechanicznego ramienia, napędów, sterownika, układu programowania i narzędzia, które zakłada się na końcu ramienia.

Manipulator, czyli ramię robota przemysłowego

Ramię robota przemysłowego to łańcuch członów połączonych przegubami. Każdy przegub to jedna oś, a liczba osi decyduje o swobodzie ruchu. Typowy robot przegubowy ma sześć osi, co pozwala ustawić narzędzie w dowolnym położeniu i pod dowolnym kątem w zasięgu ramienia. Mniej osi oznacza prostszą konstrukcję i mniejszą elastyczność.

W opisach technicznych słowo manipulator oznacza właśnie ten układ mechaniczny, bez sterownika i oprogramowania. Robot to manipulator razem z systemem sterowania.

Napędy, przekładnie i enkodery

W każdej osi pracuje silnik, najczęściej serwomotor, sprzężony z przekładnią redukującą prędkość i zwiększającą moment. Enkoder mierzy położenie kątowe i przekazuje je do sterownika. Dzięki temu sterownik wie, w jakiej pozycji jest każdy przegub, i może korygować błąd w pętli sprzężenia zwrotnego.

Do tej grupy należą też hamulce. Osie pionowe zabezpiecza się hamulcem, żeby po zaniku zasilania ramię nie opadło pod własnym ciężarem.

Sterownik i panel programowania

Sterownik w szafie przetwarza program, liczy trajektorie, steruje napędami i obsługuje wejścia oraz wyjścia. Do niego podłącza się czujniki, osłony, przyciski zatrzymania awaryjnego i inne urządzenia stanowiska. Robot rozmawia z nadrzędnym sterownikiem PLC lub linią przez magistralę przemysłową.

Operator programuje robota przy pomocy panelu przenośnego, często określanego angielskim terminem teach pendant. Na panelu ręcznie prowadzi się ramię do punktów, zapisuje je i układa z nich program. Coraz częściej używa się też programowania offline na modelu cyfrowym stanowiska.

Narzędzie końcowe i osprzęt

Ramię samo niczego nie wykonuje, dopiero narzędzie na jego końcu realizuje zadanie. Może to być chwytak, uchwyt spawalniczy, głowica klejąca, szlifierka czy kamera. Systematykę tych urządzeń opisuje tekst o EOAT, czyli narzędziu końcowym robota. Gdy zadaniem jest przenoszenie detali, dobór opiera się na kształcie, masie i materiale elementu, a producenci oferują szeroką gamę, w tym chwytaki do robotów w wersjach magnetycznych, podciśnieniowych i mechanicznych.

Masa narzędzia i detalu razem nie może przekroczyć udźwigu nominalnego robota. W praktyce odejmuje się od niego także masę chwytaka, więc przy wyborze liczy się cały zestaw.

Rodzaje konstrukcji

Typ	Budowa	Typowe zadania
Przegubowy	kilka osi obrotowych, ramię jak ludzka ręka	spawanie, malowanie, obsługa maszyn
SCARA	ramię sztywne w pionie, obracające się w poziomie	montaż, przekładanie małych elementów
Delta	kilka ramion zawieszonych nad stanowiskiem	szybkie pakowanie i sortowanie lekkich produktów
Kartezjański	osie liniowe w układzie X, Y, Z	paletyzacja, załadunek, duże zasięgi

Szersze omówienie technik chwytania, które do nich pasują, zawiera artykuł o rodzajach chwytaków do robotów przemysłowych.

Co jeszcze należy do stanowiska

Sam robot nie tworzy stanowiska. Dochodzą osłony i bariery świetlne, podajniki, stoły, pozycjonery, system wizyjny i oprogramowanie nadrzędne. Wymagania bezpieczeństwa zależą od tego, jak człowiek ma współpracować z maszyną, co opisuje tekst o bezpieczeństwie robotów przemysłowych.

Firmy, które dopiero planują pierwszy robot, znajdą punkty startowe w artykule o robotyzacji małej firmy produkcyjnej.

Najczęstsze pytania

Czym robot przemysłowy różni się od robota współpracującego?

Robot współpracujący, zwany cobotem, ma funkcje ograniczania siły i prędkości, dzięki którym może pracować obok człowieka bez klasycznych osłon, o ile ocena ryzyka całej aplikacji na to pozwala. Robot klasyczny pracuje zwykle w strefie wydzielonej, za osłonami.

Czy każdy robot przemysłowy ma sześć osi?

Nie. Liczba osi zależy od zadania. Roboty typu SCARA mają zazwyczaj cztery osie, a roboty delta pracują innym układem ramion. Sześć osi to typowy wybór dla robota przegubowego, który ma ustawiać narzędzie w przestrzeni.

Czy robot przemysłowy trzeba programować w specjalnym języku?

Każdy producent ma własny język i środowisko programowania, a część aplikacji da się uruchomić przez prowadzenie ramienia do punktów i wybieranie funkcji z menu. Bardziej złożone zadania wymagają programowania tekstowego.

Co oznacza powtarzalność robota?

To zdolność wracania w to samo miejsce po wielu cyklach. Dla zastosowań montażowych jest ważniejsza niż bezwzględna dokładność, bo robot uczy się punktów na stanowisku i do nich wraca.