A programozható robotkar egy automatizált mechanikus kar, amely különféle feladatok végrehajtására programozható. Egy emberi kezet vált ki az ismétlődő feladatok és egyéb olyan műveletek elvégzésében, amelyek nem igényelnek emberi beavatkozást. Általában több ízülettel rendelkeznek, amelyek fokozott mozgékonyságot és ügyességet tesznek lehetővé a számukra. A kart egy számítógép vezérli, amely jeleket küld minden ízületnek, megmondva, hogyan kell mozogni és forogni. Ezeket a robotkarokat úgy tervezték, hogy utánozzák az emberi kar mozgását és működését, fejlett technológiával vannak felszerelve, mint például érzékelők, kamerák és mesterséges intelligencia (AI) a precízebb és hatékonyabb műveletek elvégzése érdekében. A robotkarok rendkívüli pontossággal képesek megfogni, felemelni, forgatni és mozgatni a tárgyakat, egyes fejlett karok beépített számítógépes látással is rendelkeznek, ami segítségével észlelik a tárgyakat, vagy vonalkódokat olvasnak le.
A robotkarokat gyakran intuitív szoftver (fogyasztóbarát, egyszerűen és magától értetődően használható) irányítja, amellyel lehetővé válik a karok programozása kódolás nélkül. Egy egyszerű “fogd és vidd” (drag and drop) paranccsal a számítógép grafikus felhasználói felületén egy absztrakt objektumra kattintva, majd azt egy másik objektum fölé húzva megtaníthatunk a robotkarnak egy mozdulatsort. Azonban összetett feladatok vagy eszközök esetén előfordulhat, hogy szöveges programozási nyelvet, például Pythont kell használni egyéni kódok írásához.
A robotkar önmagában is igen összetett szerkezet, a főbb részei: váz, mozgatók, érzékelők. A vázszerkezet két összetevője a karok (kinematikai tagok) és az őket összekötő ízületek (kinematikai kényszerek). Az összekötő ízület lehet forgó- vagy csúszó ízület. A forgó ízület jele R (rotáció), a csúszó ízületé pedig T (transzláció). Ha a robot talapzatától kiindulva az ízületek sorrendjét leírjuk - például RRRRR, öt forgáspontú kar - akkor a robotkar felépítését megkapjuk. A világpiacon ma a legáltalánosabb formák a következők: TTT, RRT és RRR. A szaknyelv a TTT felépítést Kartéziánusnak, az RRR felépítést SCARA-nak nevezi.
A kartéziánus robotok, más néven lineáris robotok vagy portálrobotok, legfeljebb három lineáris tengelyen alapuló, kartéziánus koordináta-rendszert (X-tengely, Y-tengely és Z-tengely) használó ipari robotok. Ez azt jelenti, hogy három tengelyen mozognak egyenes vonalban: fel és le, befelé és kifelé, valamint egyik oldalról a másikra. A kartéziánus robotok igen népszerűek, mert rendkívül rugalmasan konfigurálhatók, és a felhasználó testre szabhatja a robot sebességét, pontosságát, lökethosszát és méretét. A kartéziánus robotok a leggyakrabban használt robottípusok közé tartoznak az ipari alkalmazásokban. A SCARA mozaikszó jelentése angolul “Selective Compliance Assembly Robot Arm”, amelynek a magyar fordítása szelektív feladatok elvégzésére kialakított robotkar. Az elnevezés onnan ered, hogy elsősorban szerelési feladatokra fejlesztették ki ezt a robottípust az 1970-es évek végén Japánban. A SCARA ipari robotok általában két vízszintes forgó tengelyből és egy függőleges tengelyből állnak. A SCARA ipari robotokat mindig csak közvetlenül a munkadarab felett lehet használni, ám mivel vízszintes irányban igen nagy rugalmasságot, függőleges irányban pedig masszív merevséget biztosít, lehetőség van az alkatrészek precíz behelyezésére és összeszerelésére. Ezeket a robotokat szinte minden iparágban, de főként az autó-, elektronika-, gyógyszer- és élelmiszeriparban használják, ahol tömeggyártás folyik, mert fontos az alacsony ciklusidő, de a pontos és mechanikailag robusztus kialakítás is. Ma a Yamaha rendelkezik az egyik legszélesebb SCARA robot-termékpalettával.
A robotkarok végére kerül felszerelésre az az eszköz - a vég effektor -, aminek a mozgatása a feladat. Fontos alapfogalom a TCP (Tool Center Point), az a pont a készüléken, ami a “0-pont”, a mozgatás programozásakor, ellenőrzéskor és minden méretezéskor a kiindulási pont. A robotkarok terhelhetősége a grammoktól a mázsákig terjed. Ahány ízület, annyi hajtás. A hajtások a karokat közvetlenül vagy mechanizmusokon keresztül működtetik. Lehetséges tehát egy forgó ízület hajtása lineáris munkahengerrel, vagy egy kinyúló kar mozgatása golyós-orsón, fogaslécen, fogazott szíjon át.
Az automatizálás egy olyan irányba fejlődik, ami megköveteli a robotkar és az ember együttműködését. A célkitűzés az, hogy a robotkarok megfelelő módon tudják utánozni az emberi mozgást, illetve hogy ez az együttműködés teljes mértékben biztonságos legyen az ember számra. Például a KUKA cég sokat tett ennek a célnak a megvalósulása érdekében. Az ő nevükhöz fűződik a könnyűszerkezetes robotok megjelenése. Ezek a robotok titán és alumínium borítással készülnek, élethűen modellezik az emberi kéz finom mozgását, és nem utolsó sorban innovációs és formatervezés szempontból is kiemelkedőek. A legfinomabb mozgás elérése érdekében hét külön álló tengelyen tudnak mozgást végezni, robotkarjaikat több beléjük épített motor hajtja. A robotkarok bármilyen olyan feladatot képesek elvégezni, amelyre egy ember szabad kézzel képes, bár a specifikus feladatok végrehajtásához az alapul szolgáló robotra a szükséges fejet fel kell szerelni. Ez lehet akár egy tárgyak megfogására szolgáló modul, fúrófej, csiszolófej, ecset, fúvóka, kamera vagy bármilyen más alkatrész, amelyet a kar végén lévő csatlakozón keresztül lehet vezérelni.
A robotkarokat (kobotokat) nem szükséges elkeríteni az emberi munkásoktól, akik balesetveszély nélkül együtt dolgozhatnak velük, mivel a kar azonnal leáll, ha kis ütközést vagy lökést érzékel. A kobotok fejlett biztonsági funkciókkal vannak felszerelve, például erőkorlátozó érzékelőkkel és intuitív programozási interfésszel, hogy biztosítsák a biztonságos és hatékony együttműködést az emberi kezelőkkel. A robotkart emberi munkásokkal együttműködve a leginkább monoton feladatok elvégzésére érdemes használni. A gépkarok tized-milliméteres pontossággal dolgoznak, és akár több éven át tartó folyamatos munkára képesek leállás nélkül.
A robotkar-technológiát széles körben használják különféle iparágakban. Az autóiparban és a repülőgépiparban a robotkarokat olyan feladatokhoz használják, mint festés, hegesztés és összeszerelés. Az elektronikai iparban olyan precíziós feladatokra használják őket, mint a forrasztás és a tesztelés. Az élelmiszer- és italiparban a robotkarokat a kényes élelmiszerek csomagolására, válogatására és kezelésére használják. Más iparágakban pedig olyan feladatokra használják, mint az anyagmozgatás, a gépek karbantartása és ellenőrzése.
A robotkarokat főként a gyártásban használják, ahol döntő szerepet játszanak olyan feladatokban, mint az összeszerelés, hegesztés és anyagmozgatás. Ezek a robotkarok növelik a termelési folyamatok hatékonyságát, pontosságát és sebességét, ami az iparágak termelékenységének és költséghatékonyságának növekedéséhez vezet. Sokoldalúságuk lehetővé teszi az automatizálást különböző ágazatokban, hozzájárulva a gyártási munkafolyamatok és a működési teljesítmény optimalizálásához.
A többtengelyes csuklós robotkarok iparágában tevékenykedő kulcsfontosságú gyártók közé tartozik az ABB, a FANUC, a KUKA, a Midea Group, a Yaskawa, a Kawasaki, a DENSO, a Nachi-Fujikoshi, az Epson és a Staubli. Kína kulcsszerepet játszik a többtengelyes csuklós robotkarok teljes piacán és több iparági befektető figyelmét vonta magára.
A robotkar költsége számos fontos tényezőtől függően jelentősen változhat:
A robotkarok piacán erős a verseny, olyan kulcsszereplők, mint az ABB, a Kawasaki Heavy Industries, a Yaskawa Electric, a FANUC, a KUKA, a Mitsubishi Electric, az Adept Technology, a Denso Wave, a Rockwell Automation és a NACHI-FUJIKOSHI uralják a piacot. Ezen vállalatok mindegyike robotkaros megoldások széles skáláját kínálja különböző iparágak számára, mint például az autóipar, az elektronika, az élelmiszer- és italgyártás, valamint az egészségügy.
A fent említett szereplők közül az ABB tölt be globális vezető szerepet a robotika és az automatizálási technológiák terén, és erős a jelenléte a robotkarok piacán is. A vállalat jelentős piaci fellendülést tapasztalt meg az ipari robotok iránti növekvő keresletnek köszönhetően a gyártás során. Az ABB 2020-ban több mint 29 milliárd dollár árbevételről számolt be.
A FANUC egy másik kulcsszereplő a robotkarok piacán, amely fejlett robotikai megoldásairól és innovatív technológiáiról ismert. A cég keményen megvetette a lábát ezen a piacon, 2020-ban mintegy milliárd dolláros árbevétellel.
A német vezető robotikai cég a KUKA a robotkarok piaci szegmensében is dobogós helyet szerzett. A cég a robotikai megoldások széles skáláját kínálja különféle alkalmazásokhoz, ezzel is elősegítve növekedését a piacon. A KUKA mintegy milliárd dollár árbevételről számolt be 2020-ban.
A három vezető gyártó ország Svédország közösen Svájccal, Japán és Németország mellett még kiemelkedő szerepet játszik ezen a piacon az USA, az Ázsia-Csendes-óceáni térségben (APAC) Kína és Dél-Korea, a Közel-Keleti régióban Törökország és Szaúd-Arábia, Latin-Amerikában pedig Mexikó és Brazília. Az APAC-régió, különösen Kína, jelentős növekedésnek indul majd az elkövetkező időszakban, olyan tényezők hatására, mint a népességnövekedés, a növekvő rendelkezésre álló jövedelem és a kedvező gazdasági környezet. A kínai robotok hosszú távon valóban átrajzolhatják az európai robotpiacot, hiszen mechanikailag állják a versenyt, és csupán a szoftveroldalon vannak még lemaradásban, de feltételezések szerint nem sokáig. A nagy piacnyerésük csak úgy képzelhető el, ha Európába hozzák a robotok gyártását, vagy legalább a raktárkészletüket idetelepítik, ami már szerepel terveikben.
Összességében a robotkarok piaca gyors növekedésről tanúskodik, ami a növekvő automatizálásnak és az ipari technológiák elterjedésének tulajdonítható. A robotkarok piacának jelentős mozgatórugója a fogyasztók egészséggel és jóléttel kapcsolatos növekvő tudatossága. Ez a fokozott tudatosság azt eredményezte, hogy megugrott a kereslet a robotkaros termékek iránt. Ezen túlmenően az iparág kulcsszereplői jelentős beruházásokat hajtanak végre és ezek a beruházások elsősorban új termékek fejlesztésére és a disztribúciós hálózatok bővítésére irányulnak, ami a jövőbeni keresletet serkenti.
A vállalatok a fejlettebb képességekkel, mint például gépi tanulással, mesterséges intelligenciával (AI) és kollaboratív robotikával rendelkező, fejlett robotikai megoldások fejlesztésére összpontosítanak, hogy megfeleljenek az iparágak változó igényeinek világszerte. A robotkarok piaca várhatóan tovább fog bővülni az elkövetkező években, és a CAGR várhatóan a 10% feletti értéket is el fogja érni. A 2024-es új felmérés szerint a többtengelyes csuklós robotkarok globális piaca az előrejelzések szerint 2029-ben eléri a 429 millió USD-t. A növekvő fogyasztói kereslet, a technológiai fejlődés (Ipar 5.0) és a kulcsfontosságú iparági szereplők befektetései készen állnak a növekedés és az innováció előmozdítására ezen a piacon.
A robotok legnagyobb felvevőpiaca Ázsia. A roboteladások 70%-a pedig öt országba irányul: Kínába, Japánba, az Egyesült Államokba, Dél-Koreába és Németországba, de növekvő piacnak számít Dél-Ázsia is. Európában Olaszország a második legnagyobb vásárló, majd Franciaország, Spanyolország, Nagy-Britannia. Kelet-Közép-Európában Csehországban és Lengyelországban nőtt a robotok száma. Az ipari robotok eladásában a legnagyobb növekedést az autóiparban és a villamos- és elektronikai iparban érték el globálisan.
A robotok kialakításnál az elsődleges szempont már most is az egyszerű irányíthatóság, felhasználhatóság, így például a grafikus kezelőfelületek alkalmazása a könnyű programozás érdekében. Inkább a gép alkalmazkodik az emberhez, és nem fordítva.
A robotkarok programozása sokkal intuitívabbá vált az elmúlt években. A kód nélküli platformok egyszerű drag-and-drop (fogd és vidd parancs) grafikus interfészt használnak a kar és a megfogó vezérléséhez. Az ilyen szoftver könnyen érthető szimbólumok formájában jeleníti meg a robot funkcióit. Drag and drop módszerrel rendezhetjük el a kívánt műveleteket egyfajta idővonalon, mint egy videószerkesztő programban. Még az adott mozgássorozatok ismétlései vagy összetettebb “ha-akkor” feltételek is könnyen összeállíthatók és menthetők az ilyen felületeken. A kód nélküli platformok szinte bárki számára lehetővé teszik, hogy elkezdje a robotkar alapvető programozását.
Viszont bonyolultabb feladatokhoz előfordulhat, hogy meg kell tanulni szöveges programozási nyelvet, például a Pythont. Ezt hívjuk szkript alapú programozásnak. Ez a módszer nagyobb rugalmasságot és összetettebb feladatok végrehajtását teszi lehetővé, de magasabb szintű programozási ismereteket igényel. Szöveges programozás esetén az irányító program speciális, kötött szintaxissal rendelkező parancssorokból áll. A robotprogramnak tartalmaznia kell a teljes mozgási folyamatot, vagyis nem csupán az egyes helyzetek célkoordinátáinak értékeit, hanem a célhelyzetekben lévő csukló-szögállásokat is. A szöveges programozás egyik típusa a feladatorientált robotprogramozási módszer. A rendszer lényege, hogy a vezérlés számára konkrét feladatokból álló parancsokat adunk meg az irányító program által. Ilyen utasítások lehetnek például, hogy a vezérlő a megfogószerkezetet nyissa ki, vagy a vezérelt ponttal menjen egy célpozícióba, illetve a célhelyzet fölött lévő várakozási pontba. A másik robotprogramozási módszer a manipulátorszintű programírás. Manipulátorszintű programozásnál a programban nem utasításokat, hanem célkoordinátákat, illetve a célhelyzetekhez tartozó csuklószög-értékeket kell meghatározni. Parancsszavakat kizárólag a megfogószerkezet nyitására, illetve koordinátaértékekkel nem leírható esetekben alkalmaznak. Robotprogramozásnak elterjedt egy kombinált módszere is, amikor ugyan utasításokkal határozzuk meg a robot mozgási jellemzőit, azonban a kritikus koordinátákat betanítás útján tápláljuk be a robotvezérlésnek.
De sok robotkar már rendelkezik SDK (Software Development Kit) szoftverfejlesztő készlettel, olyan szoftverkönyvtárakkal, amelyek kezelik a bonyolult részeket és azok használatát, leíró dokumentációból állnak egyetlen telepíthető csomagban. Ezek a készletek leegyszerűsítik az alkalmazások létrehozását azáltal, hogy rendelkeznek fordítóval, hibakeresővel és néha szoftver keretrendszerrel.
Az egyik legújabb és leginnovatívabb módszer a robotok programozására a gépi tanulás. Ebben az esetben a robotokat olyan algoritmusokkal programozzák, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy tanuljanak és alkalmazkodjanak a környezetükhöz. Ez a módszer lehetővé teszi a robotok számára, hogy önállóan tanuljanak és fejlődjenek, és alkalmazkodjanak a változó körülményekhez.
A felhő alapú programozás egy olyan módszer, amely lehetővé teszi a robotok távoli programozását és irányítását. Ebben az esetben a programozók a felhőben tárolt adatokat és szoftvereket használják a robotok programozására és irányítására. Ez a módszer nagyobb rugalmasságot és távoli hozzáférést biztosít, és lehetővé teszi a robotok számára, hogy távoli helyeken is működjenek.
A robotprogram a robotkar mozgását vezérli, összhangban a robotcella működésének keretét biztosító PLC programmal. A robotprogram felelős azért, hogy a robotkar ideálisan járja be azt az utat, amely a feladat ellátásához szükséges. Az útvonalak, a megfogási pontok megközelítései, a gyorsítások, lassítások mind a robotprogramtól függenek. A programozás megkezdése előtt fontos megismerkedni a robotkar alkatrészeinek nevével és funkcióival. A kiválasztott programozási felület után jön a kar mozgásainak programozása. A robotkart a mozgások ízületi szögeinek megadásával kell programozni. Ez megtehető a drag-and-drop felületen keresztül vagy a fokértékek közvetlen bevitelével. Az egyes ízületek egyszerű mozdulataival kezdjük, és fokozatosan haladunk több ízület koordinálásához, hogy az olyan összetett feladatokhoz, mint a tárgyak elérése és a megfogása, végül eljussunk. Majd bezárólag élesítjük a robotkar érzékelőit és a számítógépes látást integráljuk, ha van ilyen technológia a robotkaron. Ezek a technológiák lehetővé teszik a kar számára, hogy felismerje az objektumokat, és automatizálja a feladatokat, például a termék kiszedést és az elhelyezést.
Egy komplex automatizáláshoz vagy integrációhoz azonban mindig érdemes szakértőt felkérni a programozáshoz. A robotmérnökök vagy a rendszerintegrátorok mindent meg tudnak oldani, az igényeknek megfelelő kar kiválasztásától a teljes telepítésig és programozásig. A szakemberek garantálják, hogy a robotkar zökkenőmentesen, gyorsan és megbízhatóan integrálódjon az adott műveletbe.
Robotkar vásárláskor néhány kulcsfontosságú dolgot szem előtt kell tartani:
A robotkarok számos előnnyel járnak a vállalkozások számára:
Az automatizálás növeli a termelékenységet és csökkenti a hibákat, ezért egyre nagyobb a kereslet a robotkarok iránt sok különböző ágazatban. Az ipari robotkarok termelésre gyakorolt pozitív hatásai továbbra is bővülnek, ahogy újabb, továbbfejlesztett specifikációkkal rendelkező robotok jelennek meg. Olyan időket élünk, amikor az ipari robotizált munka a szabvány minden árut előállító gyárban.
A robotkarok alkalmasak olyan tevékenységekre, amelyek ismétlődőek és nagy pontosságot igényelnek, valamint olyan feladatokhoz, amelyeket az emberi munkások számára nehéz biztonságosan elvégezni. A robotkarok gyorsak, pontosak és megbízhatóak, és szinte korlátlan számú feladat végrehajtására programozhatók.
Az ipari robotkarok minden korábbinál lényegesen szélesebb körben használtak, mivel az elmúlt évtizedben jelentősen csökkentek az áraik. Reméljük, hogy ezzel a cikkel minden kétséget eloszlattunk a robotkarokkal kapcsolatban. Fektessen be Ön is egy robotkarba, hogy csökkenteni tudja a költségeket a vállalkozásában. Beszéljen csapatunk egyik tagjával arról, hogyan integrálhatja a gyártósoraiba ezeket a karokat.
Cikkünket Nikhil Kaitwade gondolatával zárjuk, a Future Market Insights (vezető piackutatási tanácsadó szolgáltató) alelnöke szerint “az ipari robotika olyan alternatívát teremt, amely új távlatokat nyit az innovációban gondolkodók előtt, kitágítva a hatékonyság, a termelékenység és a fenntartható gyártási folyamatok határait. A folyamatos fejlődés, a rugalmasság és az ügyfélközpontúság iránti erős elkötelezettséggel az érdekelt felek az ipari robotikát korábban soha nem látott fejlődési pályára állíthatják.”
George Charles Devol Jr. amerikai feltaláló alkotta meg az első ipari robotot, az Unimate-et 1961-ben. Ez egy hidraulikus manipulátor kar volt, amely ismétlődő feladatokat tudott végrehajtani. A General Motors autógyár futószalagján a fémmegmunkálási és hegesztési folyamatok automatizálására használták.
Anyagmozgatási folyamatok - összeszerelési feladatok, mint például sebességváltó vagy nyomtatott áramköri lap összeszerelése - feldolgozási alkalmazások, mint a festés, ívhegesztés, ponthegesztés, polírozás és köszörülés.
A hagyományos ipari robotok az emberi dolgozóktól elkülönítve működnek, és biztonsági korlátot kell telepíteni köréjük. Az együttműködő robotok akadálymentesen működhetnek az emberek mellett. Ennek eredményeként a termelés hatékonysága növelhető a munka felosztásával a legnagyobb hatékonyság érdekében.
A japán Yaskawa cég alkotott egy kifejezetten apró alkatrészek összeszerelésére tervezett robotkart, aminek a gyorsulási ideje 20%-kal gyorsabb, mint versenytársaié. Ennek a modellnek a tipikus alkalmazása az apró alkatrészek és csatlakozók összegyűjtése és válogatása, pakolása.
A kanadai Mecademic robotikai cég által tervezett és gyártott Meca500 messze a legkisebb, legpontosabb és legkompaktabb hattengelyes ipari robotkar. A Meca500-at különféle iparágakban használják, például orvosi eszközök vagy gyógyszerészeti technológiai gyártásban.
Több, mint 20 év tapasztalat PLC programozásban, ipari automatizálásban, robotikában, HMI programozásban, okosotthon automatizálásban, mezőgazdaság automatizálásban, járműipari programozásban.
Vegye fel velünk a kapcsolatot
