Jak dobrać robota przemysłowego i jakie procesy można zrobotyzować?

Robotyzacja to dla twojego zakładu szansa na podniesienie wydajności i jakości produkcji. To również możliwość na polepszenie warunków pracy i lepsze gospodarowanie zespołami pracowników lub sposób na ich niedobór.

Źródło: https://pixabay.com/photo-2791671/

Zastosowanie robotów w firmie ma też niewymierne korzyści w postaci oceny firmy jako nowoczesnej i innowacyjnej.

Chęć robotyzacji niesie za sobą wiele pytań:

• Czy jest opłacalna?
• Jaki proces można zrobotyzować?
• Jakie są dostępne roboty?
• Jak dobrać robota przemysłowego?
• ...i wiele innych.

Na niektóre z nich postaram się odpowiedzieć.

Jak pokazują światowe, również Polskie trendy sprzedaży robotów według raportu The International Federation of Robotics okazuje się, że wzrost światowej sprzedaży robotów rok do roku wyniósł w 2017 roku 30%, a w Polsce 16%. Jednak trend od wielu lat pozostaje wzrostowy. Możliwości zakupu robotów w Polsce powinien ułatwić fakt zmiany polityki dla podatku PIT i CIT, która weszła w życie 12 sierpnia 2017 roku i dotyczy art. 22k ust. 7 ustawy o PIT oraz w art. 16k ustawy o CIT - tzw. jednorazowa amortyzacja do kwoty 100 000 zł. Dodatkowo tzw. mali podatnicy (osiągający do 1,2 mln euro przychodu rocznie) mogą skorzystać z możliwości jednorazowej amortyzacji do kwoty 50 tys. euro. Skorzystanie z wyższego limitu stanowi już jednak formę pomocy de minimis i wymaga spełnienia dodatkowych wymogów.

Czym się różni manipulator od robota przemysłowego

W praktyce często można spotkać się ze stosowaniem zamiennie pojęć manipulatora i robota przemysłowego, są to jednak dwa różne urządzenia. Główną różnicą stanowi ich sposób sterowania. Manipulatory są sterowane przez operatora, który działa bezpośrednio na manipulator lub pośrednio poprzez panel sterowniczy, odciążając w ten sposób operatora od ciężkiej pracy. Roboty przemysłowe posiadają swój własny układ sterowania i nie wymaga on obecności operatora. Przykładem może tu być rozładunek worków z towarem: w przypadku manipulatora operator kieruje całym ramieniem oraz chwytakiem, robot natomiast samoczynnie rozładowuje towar według programu jaki ma zapisany w pamięci. Skupmy się zatem na robotach przemysłowych.

Podstawowe parametry robotów przemysłowych

• Przestrzeń robocza jest to przestrzeń, w której końcówka ramienia robota jest w stanie osiągnąć dowolny punkt. Przestrzeń tę opisują również pośrednie wartości w postaci maksymalnego zasięgu ramienia w pionie i poziomie. Jest to jeden z podstawowych parametrów robota pod względem doboru do danej aplikacji.
• Prędkość jest to maksymalna prędkość robocza robota. Podawana jest ona dla połączeń obrotowych w stopniach na sekundę; dla połączeń postępowych oraz końcówki ramienia w metrach na sekundę.
• Dopuszczalne momenty obciążenia ramienia robota są to górne graniczne wartości momentu siły i momentu bezwładności, które oddziałują na poszczególne elementy ramienia robota. Należy pamiętać, że wyznaczenie tego parametru ma istotny wpływ na bezpieczeństwo i prawidłowe działanie robota. Momenty te powinny być wyznaczone przez odpowiednio wykwalifikowane osoby.
• Dopuszczalny udźwig jest to maksymalna masa ładunku, jaki robot jest w stanie przenosić. Należy jednak pamiętać, że ważniejszymi parametrami są dopuszczalne momenty obciążenia ramienia robota.
• Liczba stopni swobody robota jest to wartość pozwalająca określić zdolności ruchowe robota, a tym samym zdolność robota do operowania końcówką ramieni
• Powtarzalność jest to miara rozrzutu odchyleń pomiędzy pozycjami osiąganymi podczas osiągania tej samej pozycji.
• Dokładność jest to maksymalna dopuszczalna różnica pomiędzy pozycją zadaną i osiąganą przez końcówkę robota.
• Masa własna robota oraz sposób transportu.
• Sposób mocowania: Roboty mogą być zamontowane na płaskim podłożu, na podwyższeniu, na ścianie, na platformie mobilnej, na szynach i wiele innych.
• Parametry zasilania i zużycie energii są to wielkości określające wymagania jakie media i o jakich parametrach muszą być doprowadzone do robota.
• Warunki środowiskowe, w jakich może pracować robot określają warunki, w jakich dany robot może pracować, np. praca w strefie wybuchowej Ɛх.

Rysunek 1: Podział robotów przemysłowych ze względu na budowę.

Mimo że kwalifikacja ze względu na konstrukcję jest dość obszerna, obecnie tylko cztery konstrukcje znajdują się na rynku: antropomorficzny, SCARA, tripod (typu delta) oraz kartezjański. Konstrukcje te powstają w wyniku dwóch podstawowych połączeń: obrotowego (przypominającego w swoim działaniu staw łokciowy) oraz postępowego (umożliwiającego zmianę odległości pomiędzy członami robota).

• Robot antropomorficzny, zwany też przegubowym, przypomina swoją budową ramię człowieka, a więc występują w nim tylko połączenia obrotowe.
• SCARA, czyli robot posiadający dwa połączenia obrotowe i jedno postępowe - ceniony za szybkość pracy i prostą budowę.
• Tripod typu delta - ze względu na swoją charakterystyczną budowę i połączenie równoległe ramion. Bardzo szybki robot posiadający dużą sztywność oraz precyzję ruchu, jednak małą przestrzeń roboczą.
• Kartezjański robot posiadający trzy elementy postępowe. Obecnie mało spotykany ze względu na duże rozmiary oraz pracę w przestrzeni prostopadłościanu. Sprawdza się w magazynowaniu dużych elementów.

Rysunek 2: Ogólna budowa robota przemysłowego – antropomorficznego, na podstawie KUKA KR 1000 titan; 1) ramię robota, 2) przewody, 3) szafa sterująca, 4) panel operatorski.

Rysunek 3: Podstawowe konstrukcje robotów przemysłowych, a) antropomorficzny FANUC LR Mate 200iD; b) współpracujący FANUC CR-35iA, c) typu delta FANUC M1iA, d) SCARA FANUC SR -3iA

Gdzie warto zastosować robota przemysłowego...

Aby zwiększyć szanse właściwego zaplanowania projektu i wyboru odpowiedniego integratora (nawet na wczesnym etapie planowanej inwestycji), można – za pomocą portalu automatyka.pl - skierować zapytanie o projekt robotyzacji do grupy wyspecjalizowanych w tej dziedzinie firm. Ekspert portalu pomoże sprecyzować zapytanie i wybrać dla niego odpowiednią grupę adresatów. Usługa ta jest nieodpłatna. Po doręczeniu zapytania ofertowego adresatom - dostawcy przygotowują oferty i przesyłają je bezpośrednio do autora zapytania.

Dysponując szerszym przeglądem ofert i dodatkowymi informacjami o oferentach, autor zapytania może zoptymalizować swój wybór: nie tylko pod względem ceny, ale także dostarczanej jakości rozwiązania, terminu wykonania, czy innych istotnych parametrów projektu. Portal automatyka.pl w ostatnich 12 miesiącach obsłużył w ten sposób ponad 50 zapytań o robotyzację.

Roboty przemysłowe znajdują swoje zastosowania w miejscach gdzie praca jest monotonna, uciążliwa, niebezpieczna. Drugim powodem, dla którego warto zastosować roboty przemysłowe, jest przypadek, w którym roboty są szybsze, bardziej precyzyjne oraz wydajniejsze. Dzięki robotyzacji możliwe jest również bardziej optymalne wykorzystanie pracowników w zakładzie i przypisanie im zadań lżejszych pod względem fizycznym, wymagających inwencji oraz wykorzystujących walory danego pracownika.

• Zrobotyzowane spawanie i zgrzewanie - głównie widzimy tutaj roboty przegubowe w fabrykach samochodów. Wiele z nowoczesnych metod spawania wymaga precyzyjnego prowadzenia końcówki spawalniczej, łączy się to również z podniesieniem jakości spawów oraz estetyką wykonanego łączenia.
• Załadunek i rozładunek maszyn - wszelkie maszyny produkcyjne prasy, obrabiarki i centra obróbkowe, wtryskarki i inne wymagają umieszczenia detali w uchwycie. Detale te często są nieporęczne bądź zbyt ciężkie.
• Paletyzacja i pakowanie różnego rodzaju elementów np. kartonów, butelek, czekoladek i innych.
• Lakierowanie i malowanie - największym atutem robotyzacji jest odsunięcie człowieka od pracy w szkodliwych warunkach. Podnosi również jakość malowania oraz ogranicza zużycie materiałów. Należy jednak pamiętać, że w strefach takich mogą pracować wyłącznie roboty przeznaczone do prac w środowisku wybuchowym.
• Nanoszenie klejów i uszczelnień - zastosowanie robotów w tych pracach ogranicza ubytki oraz zapewnia powtarzalność procesu, co znacząco podnosi jakość oraz znacząco ogranicza odpad materiałów.

Dobór robota przemysłowego

Analizując zakup robota i jego parametry należy również przeprowadzić rozważania na temat dalszego rozwoju produktów i linii. Przyszłość może przynieść zmiany znaczących parametrów elementów, którymi będzie on operował, a - co za tym idzie - również zmianę wymagań co do robota. W przypadku rozwiązań nowatorskich należy oszacować masę narzędzia w celu uniknięcia przeciążenia robota.

Podstawowym parametrem przy doborze robota jest jego udźwig. Należy tutaj zaznaczyć, że robot „dźwiga" zarówno obiekt, który podnosi, jak i narzędzie, które mu to umożliwia. Do masy obciążenia zaliczają się wszystkie elementy, z których złożone jest narzędzie robota – przewody, siłowniki, czujniki, konstrukcja narzędzia, itd. Samo narzędzie robota może zatem ważyć kilka lub kilkanaście kilogramów.

W związku z ruchem robota udźwig należy również rozpatrywać pod względem szybkości ruchu – czyli dopuszczalnymi momentami bezwładności. Producenci w celach marketingowych zachwalają parametry pracy oferowanych robotów, jednak zawsze są to wartości maksymalne i bardzo rzadko zdarza się, że robot z maksymalnym obciążeniem może pracować z najwyższą prędkością. Zazwyczaj dla maksymalnej prędkości jest to połowa wartości udźwigu, jednak nie jest to regułą.

Rozważając robotyzację linii produkcyjnej należy również zwrócić uwagę na wydajność maszyn, z którymi będzie pracował robot. Jeżeli będzie on zbyt wolny, będzie powodował on przestoje w produkcji. Gdy będzie za szybki - można spowolnić jego ruchy i tym samym wydłużyć jego żywotność. Robotyzacja to również możliwość zintegrowania maszyn z robotem, przez stworzenie systemu nadrzędnego sterowania i nadzoru produkcji, tym samym zwiększając jej elastyczność.

Decydując się na zakup robota należy pamiętać, że jest on elementem w linii produkcyjnej i nie posiada on certyfikatu CE. Należy pamiętać, że wielka siła robota to również duże i realne zagrożenia dla życia i zdrowia pracowników. Dopiero dodatkowy osprzęt w postaci układów bezpieczeństwa oraz barier fizycznych umożliwia nadanie mu certyfikatu i użytkowania go w firmie w sposób bezpieczny.

Przyszłość: Roboty współpracujące

Obecnie producenci robotów wprowadzają nową grupę – roboty współpracujące. Są to roboty specjalnie projektowane i dedykowane do pracy z ludźmi. Prócz dodatkowych układów zabezpieczeń, czujników i trybów pracy nawet ich kształt jest tak przemyślany, by zadbać o bezpieczeństwo ludzi z nim pracujących. Cechą charakterystyczną tych robotów jest również kolor "przyjazny" dla operatora np. zielony.

Podsumowując...

Robotyzacja produkcji zarówno na świecie jak i w Polsce cały czas się rozwija, wkracza również na rynek małych i średnich przedsiębiorstw. Sprzyjają temu również zmiany prawne w kraju. Firmy integratorskie zdobywają coraz więcej doświadczenia, co ułatwia proces robotyzacji.

Producenci natomiast cały czas rozwijają swoje produkty, przez co roboty stają się szybsze, bezpieczniejsze, silniejsze, bardziej ekonomiczne, a ich obsługa bardziej intuicyjna.

Robotyzacja coraz większej grupy firm sektora małych i średnich przedsiębiorstw jest rzeczą oczywistą, jednak każdy taki krok powinien być dobrze przemyślany i zaplanowany, by zyski dla firmy, jak i pracowników były jak największe.

 ----

O autorze: mgr inż. Marek Wiktor Szelerski jest absolwentem Wydziału Elektrycznego Politechniki Poznańskiej na kierunku automatyka i robotyka, specjalność automatyka i elektronika przemysłowa. W swojej pracy zawodowej zajmuję się zagadnieniami związanymi z naprawą, modernizacją oraz projektowaniem układów automatyki przemysłowej, pneumatyki i mechaniki powiązanej z wieloma gałęziami przemysłu przetwórczego i produkcyjnego. W szczególności interesuję się automatyką przemysłową, programowaniem układów sterowania, mechaniką, obróbką metali, budową maszyn i urządzeń.