מהו רובוט תעשייתי?

הראשון בעולםרובוט תעשייתינולד בארצות הברית בשנת 1962. המהנדס האמריקני ג'ורג' צ'ארלס דבול ג'וניור הציע "רובוט שיכול להגיב בצורה גמישה לאוטומציה באמצעות הוראה והשמעה". הרעיון שלו הצית ניצוץ עם היזם ג'וזף פרדריק אנגלברגר, שידוע כ"אבי הרובוטים", ובכךרובוט תעשייתיבשם "Unimate (= שותף עובד עם יכולות אוניברסליות)" נולד.
לפי ISO 8373, רובוטים תעשייתיים הם מניפולטורים מרובי מפרקים או רובוטים בעלי דרגות חופש לתחום התעשייתי. רובוטים תעשייתיים הם מכשירים מכניים שמבצעים עבודה אוטומטית והם מכונות המסתמכות על הכוח והשליטה שלהם כדי להשיג פונקציות שונות. זה יכול לקבל פקודות אנושיות או לפעול לפי תוכניות מתוכנתות מראש. רובוטים תעשייתיים מודרניים יכולים לפעול גם על פי העקרונות וההנחיות שנוסחה על ידי טכנולוגיית הבינה המלאכותית.
יישומים אופייניים של רובוטים תעשייתיים כוללים ריתוך, צביעה, הרכבה, איסוף והצבה (כגון אריזה, פלטיזציה ו-SMT), בדיקה ובדיקה של מוצרים וכו'; כל העבודה הושלמה ביעילות, עמידות, מהירות ודיוק.
תצורות הרובוטים הנפוצות ביותר בשימוש הן רובוטים מפרקים, רובוטים SCARA, רובוטים דלתא ורובוטים קרטזיים (רובוטים עיליים או רובוטים xyz). רובוטים מפגינים דרגות שונות של אוטונומיה: חלק מהרובוטים מתוכנתים לבצע פעולות ספציפיות שוב ושוב (פעולות חוזרות) בנאמנות, ללא וריאציות ובדיוק גבוה. פעולות אלו נקבעות על ידי שגרות מתוכנתות המציינות את הכיוון, התאוצה, המהירות, האטה והמרחק של סדרה של פעולות מתואמות. רובוטים אחרים הם גמישים יותר, שכן ייתכן שהם יצטרכו לזהות את מיקומו של אובייקט או אפילו את המשימה שיש לבצע על האובייקט. לדוגמה, להדרכה מדויקת יותר, רובוטים כוללים לעתים קרובות תת-מערכות של ראיית מכונה כחיישנים החזותיים שלהם, המחוברים למחשבים או בקרים רבי עוצמה. בינה מלאכותית, או כל דבר שנחשב בטעות לבינה מלאכותית, הופכת לגורם חשוב יותר ויותר ברובוטים תעשייתיים מודרניים.
ג'ורג' דבול הציע לראשונה את הרעיון של רובוט תעשייתי והגיש בקשה לפטנט בשנת 1954. (הפטנט ניתן בשנת 1961). בשנת 1956, Devol וג'וזף אנגלברגר הקימו יחד את Unimation, בהתבסס על הפטנט המקורי של Devol. בשנת 1959, הרובוט התעשייתי הראשון של Unimation נולד בארצות הברית, והוביל עידן חדש של פיתוח רובוטים. מאוחר יותר העניקה Unimation את הטכנולוגיה שלה ל-Kawasaki Heavy Industries ול-GKN לייצור רובוטים תעשייתיים של Unimates ביפן ובבריטניה, בהתאמה. במשך תקופה מסוימת, המתחרה היחידה של Unimation הייתה Cincinnati Milacron Inc. באוהיו, ארה"ב. עם זאת, בסוף שנות ה-70, מצב זה השתנה באופן מהותי לאחר שכמה קונגלומרטים יפניים גדולים החלו לייצר רובוטים תעשייתיים דומים. רובוטים תעשייתיים המריאו די מהר באירופה, ו-ABB Robotics ו-KUKA Robotics הביאו רובוטים לשוק בשנת 1973. בסוף שנות ה-70 העניין ברובוטיקה גובר, וחברות אמריקאיות רבות נכנסו לתחום, כולל חברות גדולות כמו ג'נרל אלקטריק וג'נרל מוטורס (שהמיזם המשותף שלהן עם FANUC Robotics היפנית הוקם על ידי FANUC). סטארטאפים אמריקאים כללו את Automatix ו-Adept Technology. במהלך תנופת הרובוטיקה ב-1984, Unimation נרכשה על ידי Westinghouse Electric תמורת 107 מיליון דולר. Westinghouse מכרה את Unimation ל-Stäubli Faverges SCA בצרפת ב-1988, שעדיין מייצרת רובוטים מפרקים ליישומים תעשייתיים וחדרים נקיים, ואף רכשה את חטיבת הרובוטיקה של Bosch בסוף 2004.

הגדרת פרמטרים ערוך מספר צירים - נדרשים שני צירים כדי להגיע לכל מקום במישור; נדרשים שלושה צירים כדי להגיע לכל מקום בחלל. כדי לשלוט באופן מלא על ההצבעה של זרוע הקצה (כלומר, פרק כף היד), נדרשים שלושה צירים נוספים (פאן, גובה וגלילה). עיצובים מסוימים (כגון רובוטים SCARA) מקריבים תנועה עבור עלות, מהירות ודיוק. דרגות חופש - בדרך כלל זהה למספר הצירים. מעטפת עבודה - האזור במרחב אליו יכול הרובוט להגיע. קינמטיקה – התצורה בפועל של רכיבי הגוף והמפרקים הנוקשים של הרובוט, הקובעת את כל תנועות הרובוט האפשריות. סוגי קינמטיקה של רובוטים כוללים מפרקים, קרדניים, מקבילים ו-SCARA. קיבולת או קיבולת עומס - כמה משקל הרובוט יכול להרים. מהירות - כמה מהר הרובוט יכול להכניס את עמדת קצה הזרוע שלו למצב. ניתן להגדיר פרמטר זה כמהירות זוויתית או לינארית של כל ציר, או כמהירות מורכבת, כלומר במונחים של מהירות הזרוע הקצה. תאוצה - כמה מהר ציר יכול להאיץ. זהו גורם מגביל, שכן ייתכן שהרובוט לא יוכל להגיע למהירות המקסימלית שלו בעת ביצוע מהלכים קצרים או נתיבים מורכבים עם שינויי כיוון תכופים. דיוק - כמה קרוב הרובוט יכול להגיע למצב הרצוי. הדיוק נמדד כמה רחוק המיקום המוחלט של הרובוט מהמיקום הרצוי. ניתן לשפר את הדיוק על ידי שימוש במכשירי חישה חיצוניים כגון מערכות ראייה או אינפרא אדום. יכולת שחזור - עד כמה רובוט חוזר למיקום מתוכנת. זה שונה מדיוק. ייתכן שנאמר לו ללכת למיקום XYZ מסוים והוא מגיע רק לטווח של 1 מ"מ מהמיקום הזה. זוהי בעיית דיוק וניתנת לתיקון באמצעות כיול. אבל אם מיקום זה נלמד ומאוחסן בזיכרון הבקר, והוא חוזר לטווח של 0.1 מ"מ מהמיקום הנלמד בכל פעם, הרי שהחזרה שלו היא בטווח של 0.1 מ"מ. דיוק וחזרה הם מדדים שונים מאוד. יכולת החזרה היא בדרך כלל המפרט החשוב ביותר לרובוט ודומה ל"דיוק" במדידה - בהתייחס לדיוק ודיוק. ISO 9283[8] קובע שיטות למדידת דיוק וחזרה. בדרך כלל, הרובוט נשלח לעמדה מלמדת מספר פעמים, בכל פעם עובר לארבעה עמדות אחרות וחוזר לעמדה הנלמדת, והשגיאה נמדדת. לאחר מכן מכמתים את יכולת החזרה כסטיית התקן של דגימות אלה בתלת מימד. לרובוט טיפוסי עשויות להיות כמובן שגיאות מיקום החורגות מהחזרה, וזו עלולה להיות בעיית תכנות. יתר על כן, לחלקים שונים של מעטפת העבודה תהיה יכולת חזרה שונה, והחזרה תשתנה גם עם המהירות והמטען. תקן ISO 9283 מציין שדיוק וחזרה יימדדו במהירות מקסימלית ובעומס מרבי. עם זאת, זה מייצר נתונים פסימיים, שכן הדיוק והחזרה של הרובוט יהיו הרבה יותר טובים בעומסים ובמהירות קלים יותר. יכולת החזרה בתהליכים תעשייתיים מושפעת גם מהדיוק של המחסל (כגון תפסן) ואף מעיצוב ה"אצבעות" על התפסן המשמשות לאחיזה בחפץ. לדוגמה, אם רובוט מרים בורג בראשו, הבורג עשוי להיות בזווית אקראית. ניסיונות הבאים למקם את הבורג לתוך חור הבורג צפויים להיכשל. מצבים כגון אלה ניתנים לשיפור על ידי "תכונות מובילות", כגון הפיכת הכניסה של החור למתחדדת (מחוררת). בקרת תנועה - עבור יישומים מסוימים, כגון פעולות פשוטות של איסוף והצבה, הרובוט צריך לעבור רק הלוך ושוב בין מספר מוגבל של עמדות נלמדות מראש. עבור יישומים מורכבים יותר, כגון ריתוך וצביעה (ציור בהתזה), יש לשלוט בתנועה באופן רציף לאורך נתיב בחלל בכיוון ובמהירות מוגדרים. מקור כוח - רובוטים מסוימים משתמשים במנועים חשמליים, אחרים משתמשים במפעילים הידראוליים. הראשון מהיר יותר, השני חזק יותר והוא שימושי עבור יישומים כגון צביעה שבהם ניצוצות עלולים לגרום לפיצוצים; עם זאת, האוויר בלחץ הנמוך בתוך הזרוע מונע חדירת אדים דליקים ומזהמים אחרים. הנעה - חלק מהרובוטים מחברים את המנועים למפרקים באמצעות גלגלי שיניים; לאחרים יש את המנועים מחוברים ישירות למפרקים (הנעה ישירה). השימוש בגלגלי שיניים מביא ל"חזרה" הניתנת למדידה, שהיא תנועה חופשית של ציר. זרועות רובוט קטנות יותר משתמשות לרוב במנועי DC מהירים ובעלי מומנט נמוך, אשר לרוב דורשים יחסי העברה גבוהים יותר, אשר יש להם את החיסרון של נגיעה, ובמקרים כאלה לרוב משתמשים במפחיתי הילוכים הרמוניים במקום. תאימות - זהו מדד לכמות הזווית או המרחק שכוח המופעל על ציר של הרובוט יכול לנוע. בגלל תאימות, הרובוט יזוז מעט נמוך יותר כאשר הוא נושא מטען מרבי מאשר כאשר אינו נושא מטען. תאימות משפיעה גם על כמות החריגה במצבים שבהם יש להפחית את ההאצה עם עומס גבוה.