Промышленные роботы стали неотъемлемой частью современной автоматизации производства. Их широкое распространение подтверждается тем, что на заводах по всему миру действует более трех миллионов таких устройств. Это важное направление технологического прогресса, которое оказывает значительное влияние на производственные процессы в различных отраслях. Но что на самом деле представляет собой промышленный робот? Кто и когда изобрел эту технологию? Какие разновидности промышленных роботов существуют и каковы их основные характеристики? Давайте проведем обзор этой захватывающей области технологий и рассмотрим основные аспекты промышленной робототехники.
Что такое промышленный робот:
Определение промышленного робота в соответствии с VDI 2860 подразумевает, что это машины, обладающие универсальным применением, с автоматизированными движениями по нескольким осям, программирование которых происходит без прямого человеческого воздействия. Промышленные роботы, помимо этого, могут быть оборудованы захватами, инструментами и другим производственным оборудованием, что позволяет им выполнять широкий спектр задач, включая погрузочно-разгрузочные операции и выполнение производственных функций.
Согласно европейскому стандарту EN 775, промышленный робот - это автоматически управляемое, перепрограммируемое многофункциональное манипуляторное устройство, обладающее несколькими степенями свободы. Оно применяется как в стационарном, так и в передвижном виде в автоматизированных производственных системах, играя важную роль в обеспечении эффективности и точности производственных процессов.
Каковы различия между промышленными и сервисными роботами?
Промышленные роботы специализируются на выполнении задач, связанных с погрузкой, разгрузкой и производственными процессами на заводах и в производственных помещениях. С другой стороны, сервисные роботы предназначены для предоставления разнообразных услуг людям и оборудованию, за исключением прямого участия в промышленной автоматизации. По определению, предложенному Международной федерацией робототехники (IFR) и Международной организацией по стандартизации (ISO), сервисный робот — это машина, выполняющая полезные функции для людей или оборудования, не включая в себя область промышленной автоматизации. Таким образом, сервисные роботы предназначены для оказания широкого спектра услуг, а не только для участия в промышленном производстве.
Система промышленной робототехники состоит из нескольких ключевых компонентов, предназначенных для использования в промышленных условиях, таких как производство автомобилей. Эти роботы интегрируются в область машиностроения и автоматизации процессов. Основные компоненты системы промышленной робототехники включают:
1. Манипулятор, который является основным элементом и представляет собой робота или его механическую руку.
2. Конечный эффектор, который обычно представляет собой захват или инструмент, используемый для выполнения конкретной задачи.
3. Управляющее устройство, обычно представленное портативным программатором, который позволяет настраивать и контролировать работу робота.
4. Датчики, такие как камеры, которые могут использоваться для сбора информации о окружающей среде или объектах.
5. Периферийные устройства, включая защитные ограждения и питатели, которые обеспечивают безопасность и эффективность работы системы.
После программирования роботизированная система может функционировать автономно, выполняя задачи, либо адаптировать свою работу в зависимости от данных, получаемых от датчиков, в пределах своих возможностей.
Промышленные роботы классифицируются в зависимости от их кинематики
Вот некоторые типы промышленных роботов и их характеристики:
Промышленные роботы с последовательной кинематикой:
· Роботы с шарнирной рукой, обычно имеющие шесть осей. Они известны своей мобильностью и гибкостью и используются в различных приложениях.
· 7-осевые роботы, семь осей позволяют им обходить углы, что делает их подходящими для более сложных задач.
· Двурукие роботы, имеющие даже 15 осей и используемые в различных индустриях.
· Роботы Scara («Робот-манипулятор с селективной сборкой соответствия»), идеально подходящие для сборки и соединения благодаря быстрому и повторяемому движению.
· Портальные роботы, которые часто используются для паллетирования и машинной загрузки.
· Роботы-паллетизаторы, предназначенные для паллетирования грузов и обычно имеющие четыре оси.
· Специализированные роботы для конкретных применений, такие как сварка или покраска.
Эти различные типы роботов имеют свои уникальные характеристики и применения в различных отраслях промышленности.
Промышленные роботы с паралельной кинематикой:
Промышленные роботы с параллельной кинематикой отличаются тем, что оси их расположены параллельно друг другу. Вот некоторые типы таких роботов и их характеристики:
- Дельта-роботы, которые имеют параллельные руки и стержневую кинематику. Они доступны в различных версиях с разным количеством осей (4, 6 или 7). Такие роботы часто применяются в упаковочных процессах, особенно в пищевой промышленности.
- Шестиногие роботы с шестью линейными осями, известные как гексаподы. Это особый тип машины с параллельной кинематикой, обладающий шестью руками или ногами переменной длины. Гексаподы обеспечивают подвижность по всем шести степеням свободы и широко применяются в различных отраслях промышленности.
Эти роботы предлагают широкий спектр функциональности и обладают высокой точностью и производительностью, что делает их незаменимыми во многих производственных задачах.
Коллаборативные роботы
Особый вид промышленных роботов представляют собой коллаборативные роботы, которые могут безопасно сотрудничать с людьми, не требуя специальных защитных устройств. В эту категорию входят специализированные легкие роботы от таких производителей, как Universal Robot, Doosan и Techman, а также модели от немецких стартапов, например, Franka Emika, Yuanda Robotics и Neura Robotics. Понятие "коллаборативные роботы" также охватывает промышленные роботы, оснащенные датчиками или защитными крышками для безопасной работы с людьми.
Параметры роботов
В промышленной робототехнике важным параметром является грузоподъемность, которая определяет максимальную массу, которую робот может поднять на конце своего манипулятора. Например, для роботов с шарнирно-сочлененной рукой грузоподъемность может варьироваться от 500 грамм (как у ABB Cobot Yumi) до впечатляющих 2300 килограмм у мощного робота Fanuc M-2000iA/2300. Кроме того, дальность действия, динамика и точность также являются важными факторами при выборе подходящего промышленного робота.
Так же очень важна точность робота, для разных операций, естественно необходима разная точность.
Применение промышленных роботов
Промышленные роботы на производстве могут быть использованы во множестве областей благодаря их универсальности и эффективности. Вот несколько типичных областей их применения:
1. Обработка, сборка и размещение, упаковка товаров.
2. Паллетирование грузов.
3. Обслуживание машинного оборудования.
4. Различные виды сварочных работ, включая сквозную и точечную сварку.
5. Процессы окрашивания.
6. Сборка, соединение, склеивание деталей и компонентов.
7. Контроль и измерение качества продукции.
8. Очистка, маркировка и подписывание изделий.
9. Удаление заусенцев, шлифование, фрезерование, сверление и резка материалов.
Это лишь небольшой перечень возможностей, которые предоставляют промышленные роботы на производстве. Их гибкость и многофункциональность делают их важным инструментом для оптимизации производственных процессов в различных отраслях промышленности.
Немецкий производитель промышленных роботов
К наиболее известным немецким производителям промышленных роботов относятся Kuka (с 2016 года совместно с китайской материнской компанией Midea), Dürr (покрасочные роботы), Roteg (роботы-укладчики на поддоны), Ro-ber (портальные роботы) и ранее Reis Robotics (ныне Kuka Industries). а также такие стартапы, как Franka Emika, Yuanda Robotics и Neura Robotics. Компания Carl Cloos Schweisstechnik, которая сейчас принадлежит Эстуну (Китай), производит собственных сварочных роботов. Немецким новичком является компания Fruitcore Robotics из Констанца, которая предлагает экономичных и простых в использовании промышленных роботов. Компания Igus, специализирующаяся на пластмассах, также полагается на экономичную робототехнику благодаря своей недорогой программе автоматизации.
Европейские производители промышленных роботов
В Европе к числу известных производителей промышленной робототехники относятся ABB, Stäubli, Universal Robots (коботы), Comau, Igm (сварочные роботы) и Güdel (портальные и транспортные роботы).
Японские производители промышленных роботов
Японские производители Fanuc и Yaskawa (с маркой роботов Motoman), а также Denso, Epson, Hirata, Kawasaki, Mitsubishi Electric, Omron (приобретшая Adept из США), Nachi, OTC Daihen, Panasonic и Yamaha, относятся к числу лучших. известные производители промышленных роботов по всему миру. По данным Международной ассоциации роботов (IFR), Япония является ведущим в мире производителем промышленных роботов. В 2017 году японские производители обеспечили 56 процентов мировых поставок роботов.
Китайские производители промышленных роботов
Ряд крупных производителей робототехники сейчас обосновались в Китае и в первую очередь обслуживают огромный китайский рынок. К крупнейшим китайским производителям промышленных роботов относятся Siasun, Efort, GSK, Estun, STS и Greatoo.
Цифры и рынки
Согласно отчету Международной федерации робототехники (IFR), на текущий момент по всему миру активно функционирует около 3,5 миллионов промышленных роботов, которые заняты на производственных площадках. В 2021 году было установлено 517 тысяч новых роботов по всему миру. Этот показатель означает рост на 31% по сравнению с предыдущим годом и на 22% больше, чем рекорд по установке роботов до начала пандемии в 2018 году.
Промышленная робототехника в Азии
Промышленная робототехника в Азии продолжает оставаться в центре внимания, представляя крупнейший рынок промышленных роботов в мире. В 2021 году 74% всех новых установок роботов были сделаны именно в этом регионе. Количество установленных роботов в Китае, который является ведущим рынком, выросло на 51%, достигнув впечатляющей цифры в 268 тысяч единиц. Это означает, что каждый второй промышленный робот, установленный в мире в 2021 году, был размещен именно в Китае. Кроме того, операционные запасы роботов в этой стране превысили отметку в 1 миллион единиц, что демонстрирует высокую скорость прогресса в области роботизации.
Япония остается вторым крупнейшим рынком промышленных роботов после Китая. В 2021 году количество установок здесь увеличилось на 22%, достигнув отметки в 47 тысячи единиц. Операционные запасы роботов в Японии в 2021 году составили почти 400 тысяч единиц, что является ростом на 5%. Более того, Япония является ведущим производителем роботов в мире: экспорт японских промышленных роботов достиг нового максимума в 186 тысяч единиц в 2021 году.
Республика Корея была четвертым по величине рынком роботов по количеству ежегодных установок после США, Японии и Китая. В 2021 году количество установок роботов выросло на 2%, достигнув отметки в 31 тысячу единиц. Это пришлось на фоне нескольких лет снижения количества установок. Операционный парк роботов составил 365 тысяч единиц, что является ростом на 7%.
Рынок промышленных роботов в Европе
В 2021 году в Европе количество установок промышленных роботов выросло на 24%, достигнув 84 тысяч единиц, что является новым рекордом. Спрос на роботов в автомобильной промышленности оставался стабильным, в то время как спрос со стороны общей промышленности увеличился на 51%. Германия, один из крупнейших рынков робототехники в мире, сделала 28% от общего числа установок в Европе, подтверждая свое лидерство в этой области.
Количество установленных промышленных роботов в Германии выросло на 6% до 23 тысяч единиц в 2021 году. Это второй по величине показатель после пика в 2018 году. Операционный парк роботов в Германии составил 245 тысяч единиц, что является ростом на 7%. Экспорт промышленных роботов из Германии вырос на 41% до 22 тысяч единиц.
Италия, второй по величине рынок промышленных роботов в Европе после Германии, демонстрировала рост в общей промышленности со среднегодовым темпом в 8% с 2016 по 2021 годы. Операционный запас роботов в Италии в 2021 году составил 89 тысяч 330 единиц, что является ростом на 14%.
Франция заняла третье место в Европе по годовому количеству установок и эксплуатационному парку промышленных роботов в 2021 году. Количество установок роботов в стране выросло на 11% до 5945 единиц. Операционный парк роботов во Франции составил 49 тысяч 312 единиц, что на 10% больше, чем в предыдущем году.
В Великобритании количество установок промышленных роботов снизилось на 7% до 2054 единиц. На 2021 год рассчитан оперативный запас роботов в размере 24 тысячи 445 единиц, что составляет менее десятой части населения Германии.
Рынок промышленных роботов в СЩА
В 2021 году на рынке промышленной робототехники в Америке было установлено около 51 тысячи промышленных роботов, что на 31% больше, чем в 2020 году. Это значительное восстановление после пандемического спада в 2020 году, и это второй раз, когда количество установок роботов в Америке превысило отметку в 50 тысяч единиц: в 2018 году было установлено около 55 тысяч промышленных роботов.
Количество новых установок в США выросло на 14% до около 35 тысяч единиц в 2021 году. Это превысило уровень до пандемии в 33 тысячи единиц в 2019 году, но все еще значительно ниже пика в около 40 тысяч единиц в 2018 году. В автомобильной промышленности было установлено около 9 тысяч 800 единиц в 2021 году, и это по-прежнему самый большой спрос.
Отрасли: кто больше всего использует промышленных роботов?
В мировом масштабе сегодня электронная промышленность занимает вершину списка по использованию промышленных роботов, вытеснив из этой позиции автомобильную промышленность. Электроника сейчас стала основным потребителем робототехники, соперничая с традиционными лидерами, такими как автомобильная и металлургическая промышленность, которые, однако, все еще остаются существенными игроками. На третьем месте находятся именно они – металлургия и машиностроение. Немного отстают за ними отрасли, такие как промышленность пластмасс и пищевая промышленность. В контексте Германии ситуация немного отличается: здесь производители автомобилей продолжают оставаться крупнейшими заказчиками промышленных роботов, но уже за ними следуют металлургия и машиностроение, а также поставщики автомобильных компонентов. Электронная промышленность занимает лишь пятое место, отстающее от промышленности пластмасс, что объясняется тем, что большинство крупных заводов по производству электроники расположены преимущественно в Азии.
Плотность роботов
Плотность роботов, определяемая как количество роботов на 10 000 сотрудников, является важным индикатором уровня автоматизации в различных отраслях и экономиках. В глобальном масштабе средняя плотность роботов в обрабатывающей промышленности составляет 151 единицу на 10 000 сотрудников, что в два раза выше, чем было шесть лет назад, по данным отчета IFR за 2023 год.
Республика Корея занимает лидирующее положение в использовании промышленных роботов, с показателем в 1012 роботов на 10 000 сотрудников. Здесь сильно автоматизированные отрасли электроники и автомобилестроения играют ключевую роль.
На втором месте находится Сингапур с 730 роботами на 10 000 сотрудников, где обрабатывающая промышленность хоть и малочисленна, но очень автоматизирована.
Германия, с показателем в 415 роботов на 10 000 сотрудников, занимает третье место в мире. Плотность роботов в крупнейшей экономике Европы постоянно растет, увеличиваясь в среднем на 5% в год с 2017 года.
Родина робототехники, Япония, занимает четвертое место с 397 единицами. Здесь автоматизация промышленности также продолжает наращиваться, увеличиваясь на 7% в год в период с 2017 по 2022 год.
Китай, в последние годы, поднялся на пятое место с плотностью роботов в 392 единицы на 10 000 сотрудников, благодаря значительным инвестициям в автоматизацию, несмотря на огромное количество рабочей силы в обрабатывающей промышленности.
В США плотность роботов увеличилась с 274 единиц в 2021 году до 285 в 2022 году, поставив страну на десятое место в мире.
Анализируя региональные показатели, в Азии средняя плотность роботов составляет 168 единиц на 10 000 производственных рабочих, включая такие страны, как Южная Корея, Сингапур, Япония, Китай, Гонконг и Тайвань. В Европейском Союзе этот показатель составляет 208 единиц на 10 000 сотрудников, где основные вклады вносят Германия, Швеция и Швейцария. В Северной Америке этот показатель составляет 188 единиц на 10 000 сотрудников, где США являются крупнейшим пользователем роботов в обрабатывающей промышленности.
Будущее все ближе!