היסטוריית הפיתוח של רובוטים תעשייתיים: האבולוציה מזרועות רובוטיות לייצור מושכל

1. מקורם של רובוטים תעשייתיים ניתן לאתר את ההמצאה של רובוטים תעשייתיים לשנת 1954, כאשר ג'ורג' דבול הגיש בקשה לפטנט על המרת חלקים הניתנים לתכנות. לאחר שיתוף פעולה עם ג'וזף אנגלברגר, הוקמה חברת הרובוטים הראשונה בעולם Unimation, והרובוט הראשון הוכנס לשימוש בקו הייצור של ג'נרל מוטורס ב-1961, בעיקר לצורך שליפת חלקים ממכונת יציקה. רוב המניפולטורים האוניברסליים המונעים הידראולית (Unimates) נמכרו בשנים הבאות, ששימשו למניפולציה של חלקי גוף וריתוך נקודתי. שני היישומים היו מוצלחים, מה שמעיד שרובוטים יכולים לעבוד בצורה מהימנה ולהבטיח איכות סטנדרטית. עד מהרה החלו חברות רבות אחרות לפתח ולייצר רובוטים תעשייתיים. נולדה תעשייה המונעת על ידי חדשנות. עם זאת, עברו שנים רבות עד שהענף הזה הפך לרווחי באמת.
2. זרוע סטנפורד: פריצת דרך גדולה ברובוטיקה "זרוע סטנפורד" פורצת הדרך תוכננה על ידי ויקטור שיינמן ב-1969 כאב טיפוס של פרויקט מחקר. הוא היה סטודנט להנדסה במחלקה להנדסת מכונות ועבד במעבדת הבינה המלאכותית של סטנפורד. ל"זרוע סטנפורד" יש 6 דרגות חופש, והמניפולטור המחושמל במלואו נשלט על ידי מחשב סטנדרטי, מכשיר דיגיטלי בשם PDP-6. למבנה הקינמטי הלא-אנתרופומורפי הזה יש פריזמה וחמישה מפרקים מסתובבים, מה שמקל על פתרון המשוואות הקינמטיות של הרובוט, ובכך להאיץ את כוח המחשוב. מודול ההנעה מורכב ממנוע DC, כונן הרמוני ומפחית גלגלי שיניים, פוטנציומטר וטכומטר למשוב על מיקום ומהירות. תכנון הרובוט שלאחר מכן הושפע עמוקות מהרעיונות של שיינמן

3. הולדתו של הרובוט התעשייתי המחושמל במלואו בשנת 1973, ASEA (כיום ABB) השיקה את הרובוט התעשייתי הראשון בעולם, הנשלט על ידי מיקרו-מחשב ומחושמל לחלוטין, IRB-6. זה יכול לבצע תנועת נתיב רציפה, שהיא תנאי מוקדם לריתוך ועיבוד קשת. מדווחים כי עיצוב זה הוכח כחזק מאוד ולרובוט חיי שירות של עד 20 שנה. בשנות ה-70 רובוטים הופצו במהירות לתעשיית הרכב, בעיקר לריתוך והעמסה ופריקה.

4. עיצוב מהפכני של רובוטי SCARA בשנת 1978 פותח רובוט הרכבה תואם סלקטיבי (SCARA) על ידי Hiroshi Makino באוניברסיטת Yamanashi, יפן. עיצוב בעל 4 צירים בעל עלות נמוכה, המהווה ציון דרך, הותאם בצורה מושלמת לצרכים של הרכבת חלקים קטנים, שכן המבנה הקינמטי אפשר תנועות זרוע מהירות ותואמות. מערכות הרכבה גמישות המבוססות על רובוטי SCARA עם תאימות טובה לעיצוב מוצרים קידמו מאוד את הפיתוח של מוצרי צריכה אלקטרוניים ומוצרי צריכה בנפחים גבוהים ברחבי העולם.
5. פיתוח רובוטים קלים וקבילים הדרישות של מהירות ומסה של רובוט הובילו לעיצובים קינמטיים ותמסורת חדשים. מהימים הראשונים, הפחתת המסה והאינרציה של מבנה הרובוט הייתה מטרת מחקר מרכזית. יחס משקל של 1:1 ליד האדם נחשב למבחן האולטימטיבי. בשנת 2006, מטרה זו הושגה על ידי רובוט קל משקל מבית KUKA. זוהי זרוע רובוט קומפקטית של שבע דרגות חופש עם יכולות שליטה מתקדמות בכוח. דרך נוספת להשיג את המטרה של משקל קל ומבנה קשיח נחקרה ונחקרה מאז שנות ה-80, כלומר פיתוח של כלי מכונות מקבילים. מכונות אלו מחברות את אפקטורי הקצה שלהן למודול בסיס המכונה באמצעות 3 עד 6 סוגריים מקבילים. הרובוטים הנקראים מקבילים אלה מתאימים מאוד למהירות גבוהה (כגון לאחיזה), דיוק גבוה (כגון לעיבוד) או לטיפול בעומסים גבוהים. עם זאת, שטח העבודה שלהם קטן יותר מזה של רובוטים טוריים או עם לולאה פתוחה דומים.

6. רובוטים קרטזיים ורובוטים בשתי ידיים כיום, רובוטים קרטזיים עדיין מתאימים באופן אידיאלי ליישומים הדורשים סביבת עבודה רחבה. בנוסף לעיצוב המסורתי באמצעות צירי תרגום אורתוגונליים תלת מימדיים, גודל הציע מבנה של מסגרת חבית מחורצת בשנת 1998. תפיסה זו מאפשרת לזרוע רובוט אחת או יותר לעקוב ולהסתובב במערכת העברה סגורה. בדרך זו ניתן לשפר את סביבת העבודה של הרובוט במהירות ובדיוק גבוהים. זה עשוי להיות בעל ערך במיוחד בלוגיסטיקה ובייצור מכונות. הפעולה העדינה של שתי הידיים היא חיונית למשימות הרכבה מורכבות, עיבוד פעולה בו-זמנית והעמסת חפצים גדולים. הרובוט הסינכרוני הדו-ידני הראשון הזמין מסחרית הוצג על ידי מוטומן בשנת 2005. כרובוט דו-ידני המחקה את טווח ההגעה והמיומנות של זרוע אנושית, ניתן למקם אותו בחלל שבו עבדו עובדים בעבר. לכן, ניתן להפחית את עלויות ההון. הוא כולל 13 צירי תנועה: 6 בכל יד, בתוספת ציר בודד לסיבוב בסיסי.
7. רובוטים ניידים (AGVs) ומערכות ייצור גמישות במקביל, צצו רכבים מונחים אוטומטיים של רובוטיקה תעשייתית (AGVs). רובוטים ניידים אלה יכולים לנוע סביב סביבת עבודה או לשמש לטעינת ציוד מנקודה לנקודה. בתפיסה של מערכות ייצור גמישות אוטומטיות (FMS), AGVs הפכו לחלק חשוב בגמישות הנתיב. במקור, AGVs הסתמכו על פלטפורמות מוכנות מראש, כגון חוטים משובצים או מגנטים, עבור ניווט בתנועה. בינתיים, AGVs לניווט חופשי משמשים בייצור ובלוגיסטיקה בקנה מידה גדול. בדרך כלל הניווט שלהם מבוסס על סורקי לייזר, המספקים מפה דו-ממדית מדויקת של הסביבה הנוכחית בפועל לצורך מיקום אוטונומי והימנעות ממכשולים. מלכתחילה, השילוב של AGVs וזרועות רובוט נחשב כמסוגל לטעון ולפרוק אוטומטית כלי מכונות. אך למעשה, לזרועות הרובוטיות הללו יש יתרונות כלכליים ועלותיים רק בהזדמנויות ספציפיות מסוימות, כגון התקני טעינה ופריקה בתעשיית המוליכים למחצה.

8. שבע מגמות פיתוח עיקריות של רובוטים תעשייתיים החל משנת 2007, ניתן לסמן את האבולוציה של רובוטים תעשייתיים על ידי המגמות העיקריות הבאות: 1. הפחתת עלויות ושיפור ביצועים - מחיר היחידה הממוצע של רובוטים ירד ל-1/3 מהמחיר המקורי של רובוטים מקבילים ב-1990, מה שאומר שהאוטומציה הופכת לזולה יותר ויותר. כשלים MTBF) שופרו משמעותית. 2. אינטגרציה של טכנולוגיית PC ורכיבי IT – טכנולוגיית מחשב אישי (PC), תוכנה ברמת צרכן ורכיבים מוכנים שהביאו תעשיית ה-IT שיפרו למעשה את העלות-תועלת של רובוטים.- כעת, רוב היצרנים משלבים מעבדים מבוססי PC וכן תכנות, תקשורת וסימולציה בבקר, ומשתמשים בשוק ה-IT בעל התפוקה הגבוהה כדי לשמור עליו. 3. בקרה שיתופית מרובת רובוטים – ניתן לתכנת ולתאם ולסנכרן מספר רובוטים בזמן אמת באמצעות בקר, המאפשר לרובוטים לעבוד במדויק יחד במרחב עבודה אחד. 4. שימוש נרחב במערכות ראייה – מערכות ראייה לזיהוי עצמים, מיקום ובקרת איכות הופכות יותר ויותר לחלק מבקרי רובוטים.5. רשת ושליטה מרחוק - רובוטים מחוברים לרשת באמצעות fieldbus או Ethernet לשליטה, תצורה ותחזוקה טובים יותר.6. מודלים עסקיים חדשים – תכניות פיננסיות חדשות מאפשרות למשתמשי קצה לשכור רובוטים או לחברה מקצועית או אפילו ספק רובוט להפעיל יחידת רובוט, מה שיכול להפחית סיכוני השקעה ולחסוך כסף.7. פופולריזציה של הכשרה וחינוך - הדרכה ולמידה הפכו לשירותים חשובים עבור יותר משתמשי קצה לזהות רובוטיקה. - חומרי מולטימדיה וקורסים מקצועיים נועדו לחנך מהנדסים וכוח אדם כדי לאפשר להם לתכנן, לתכנת, לתפעל ולתחזק ביעילות יחידות רובוטים.

、