Inteligentny robot układający

Wiedza branżowa

Wybór oprzyrządowania końca ramienia dla Robotyczny paletyzator Systemy obsługujące kabel zwinięty

Narzędzie końca ramienia (EOAT) w zrobotyzowanym paletyzatorze jest pojedynczym elementem najbardziej odpowiedzialnym za to, czy system faktycznie spełnia swoje cele w zakresie czasu cyklu i dokładności rozmieszczenia w produkcji — mimo to na etapie specyfikacji poświęca się mu znacznie mniej uwagi inżynieryjnej niż samo ramię robota. Dla producentów kabli wyzwanie jest szczególnie dotkliwe, ponieważ zwinięty kabel jest mechanicznie niewygodnym ładunkiem: jest okrągły, stosunkowo odkształcalny, ma różną średnicę zewnętrzną w zależności od rodziny produktów i często występuje w niespójnych pozycjach i orientacjach na przenośniku doprowadzającym. Chwytak przeznaczony do sztywnych kartonów lub toreb jednolitych będzie wielokrotnie zawodził na zwiniętym kablu, powodując błędy w umieszczeniu, które kumulują się w niestabilnych ładunkach palet i wymagają ręcznej interwencji w celu skorygowania.

Dwa dominujące podejścia EOAT do paletyzacji kabli w zwojach to chwytaki zaciskowe i podnośniki widłowe. Chwytaki zaciskowe wywierają nacisk boczny z dwóch lub więcej powierzchni szczęk, aby utrzymać cewkę podczas przenoszenia – jest to skuteczne w przypadku cewek o stałej średnicy zewnętrznej i materiale płaszcza wystarczająco sztywnym, aby wytrzymać odkształcenie pod wpływem siły zaciskania. Podnośniki widłowe umieszczają dwa lub więcej zębów pod zwojem i podnoszą od dołu, co z natury bardziej toleruje zmiany średnicy zewnętrznej, ale wymaga umieszczenia zwoju na znanej wysokości nad powierzchnią przenośnika i wymaga wystarczającego prześwitu pod zwojem do wprowadzenia zęba. W środowiskach obejmujących produkty mieszane, w których na tej samej komórce paletyzującej znajdują się kable o średnicy zewnętrznej od 8 mm do 60 mm, narzędzie hybrydowe z regulowaną szerokością zacisku i wysuwanym dolnym wspornikiem zapewnia najszerszy zakres kompatybilności kosztem większej złożoności narzędzi i dłuższego czasu zmiany pomiędzy rodzinami produktów.

Shanghai Yessjet Precise Machinery Co., Ltd. opracowuje specyfikacje EOAT w ramach Inteligentny robot układający proces projektowania systemu, zaczynający się od macierzy obciążenia, która dokumentuje zakres średnicy zewnętrznej cewki, zakres masy cewki, twardość materiału płaszcza i konfigurację opasania dla każdego produktu kablowego, który klient zamierza używać. Ta matryca wpływa zarówno na konstrukcję mechaniczną narzędzia, jak i na trajektorię programu robota, ponieważ cięższa cewka lub większa średnica zewnętrzna wymagają innego kąta podejścia i profilu hamowania, aby zachować dokładność umieszczania w granicach tolerancji ± 5 mm, których wymaga większość wzorów palet do stabilnego układania w stosy.

Programowanie wzorów palet: wzory statyczne a adaptacyjna logika warstw

Programowanie wzorów palet w formacie Inteligentne ramię robota układającego system jest bardziej złożony w przypadku produktów okrągłych w zwojach niż w przypadku kartonów prostokątnych, ponieważ okręgi nie tworzą efektywnej mozaiki, a zarządzanie odstępami pomiędzy zwojami determinuje zarówno stabilność palety, jak i efektywną gęstość ładunku na paletę. Programowanie wzorów statycznych — gdzie każda warstwa ma zdefiniowaną siatkę rozmieszczenia zwojów — jest łatwe do wdrożenia i zapewnia przewidywalne wyniki dla pojedynczego produktu. Jednakże wzorce statyczne stają się problemem w środowiskach, w których występują produkty mieszane, gdzie średnica zewnętrzna cewki zmienia się w zależności od przebiegu, ponieważ wzór zoptymalizowany dla cewki o średnicy zewnętrznej 200 mm pozostawi nadmierne odstępy lub spowoduje zakłócenia styku cewka-cewka, gdy linia zostanie przełączona na produkt o średnicy zewnętrznej 240 mm bez regulacji wzoru.

Adaptacyjna logika warstwy rozwiązuje ten problem, obliczając siatkę rozmieszczenia w czasie wykonywania na podstawie rzeczywistej średnicy zewnętrznej cewki zmierzonej przez system wizyjny lub wprowadzonej poprzez interfejs zarządzania recepturami. Sterownik robota określa, ile cewek mieści się w warstwie przy bieżącej średnicy zewnętrznej, oblicza optymalny odstęp między rzędami i kolumnami w celu wyśrodkowania wzoru w obszarze palety i dynamicznie generuje punkty orientacyjne dla każdego ruchu rozmieszczania. Takie podejście eliminuje potrzebę utrzymywania biblioteki statycznych wzorców dla każdego SKU produktu — biblioteki, która w praktyce staje się nieporęczna i staje się obciążeniem konserwacyjnym w miarę wprowadzania nowych produktów kablowych.

Porównanie podejść wzorcowych w środowisku produkcyjnym

Wzory blokowania warstw — w których naprzemienne warstwy są obracane o 90 stopni lub przesunięte o połowę skoku zwoju — znacznie poprawiają stabilność palet w przypadku okrągłych kręgów, które nie mają płaskiej powierzchni zapobiegającej bocznemu przesuwaniu się. Wdrożenie blokady warstw w systemie wzorców adaptacyjnych wymaga, aby sterownik robota śledził bieżący numer warstwy i zastosował prawidłowe przesunięcie obrotu do obliczonej siatki. Jest to krok logiczny, który jest prosty do wdrożenia, ale często jest pomijany w podstawowych systemach wzorców statycznych, ponieważ wymaga bardziej złożonego programowania wzorców, niż zwykle szkolą się operatorzy.

Analiza czasu cyklu: gdzie inteligentne systemy układaczy robotów tracą czas w rzeczywistej produkcji

Podane przez dostawcę czasy cykli inteligentnego robota układającego są prawie zawsze mierzone w idealnych warunkach: jeden rozmiar cewki, wstępnie ustawiony w stałym punkcie podawania, umieszczony na pustej palecie na stałej wysokości, bez konieczności zmiany palety. Rzeczywiste czasy cykli produkcyjnych są stale o 15–30% dłuższe niż podane wartości ze względu na czynniki obecne na każdej zmianie produkcyjnej, ale nieuwzględnione w teście porównawczym: zmiana położenia zwojów na przenośniku podającym, wzrost wysokości palety w miarę gromadzenia się warstw, przestoje związane z wymianą palet i sporadyczne ponowne pobieranie, gdy zwój nie jest prawidłowo osadzony przy pierwszej próbie umieszczenia.

Największą możliwą do odzyskania stratą czasu w większości instalacji inteligentnego ramienia robota układającego jest sekwencja wymiany palet — czas między umieszczeniem przez robota ostatniej cewki na pełnej palecie a pierwszym umieszczeniem na nowej pustej palecie. Ręczna wymiana palet za pomocą wózka widłowego trwa zwykle 60–120 sekund; w tym oknie poprzedzająca linia zwijania albo zatrzymuje się, albo gromadzi zwoje na przenośniku buforowym, który może nie mieć wystarczającej wydajności dla długiej sekwencji wymiany. Zautomatyzowane dystrybutory palet — które wstępnie umieszczają pustą paletę pod obszarem roboczym robota, podczas gdy bieżąca paleta jest wciąż napełniana — zmniejszają przerwę w wymianie do 10–20 sekund i eliminują zależność od dostępności wózków widłowych, która w obiektach wieloliniowych jest często współdzielonym zasobem, co powoduje konflikty w harmonogramach.

• Pozycjonowanie przenośnika podającego: Zmiana położenia cewki na przenośniku podającym wynosząca ±30 mm dodaje 0,3–0,8 sekundy na cykl pobierania w przypadku systemu wizyjnego wykonującego korektę położenia — przy 500 pobraniach na zmianę oznacza to 2,5–6,5 minut skumulowanego straconego czasu
• Kompensacja wysokości palety: Każda kolejna warstwa podnosi punkt umieszczenia o wysokość stosu cewek; robot musi pokonać większą odległość w pionie w przypadku górnych warstw, co oznacza dodanie 0,2–0,5 sekundy na każde umieszczenie w porównaniu z cyklem warstwy podstawowej — efekt ten obejmuje całą paletę składającą się z 6–8 warstw
• Wybierz ponownie wydarzenia: Cewki, które nie są prawidłowo osadzone po pierwszej próbie umieszczenia, wymagają od robota podniesienia, zmiany położenia i ponownego umieszczenia — sekwencja ta zajmuje 3–8 sekund i występuje z częstością 1–3% wszystkich pobrań w systemach bez czujników potwierdzających umieszczenie
• Zakłócenia ogona wiązania: Luźne końcówki pasków na niedokładnie opasanych cewkach mogą kolidować z sąsiednimi cewkami podczas umieszczania, wymagając 2–5 sekund przerwy, aby ogon osiadł, zanim robot zwolni cewkę — problem ten ma swoje źródło w poprzedzającej stacji wiązania, a nie w samym robocie

Integracja systemu wizyjnego w zrobotyzowanych ogniwach paletyzujących: kalibracja i zarządzanie dryftem

Systemy paletyzatorów ze wspomaganiem wizyjnym w środowiskach produkcji kabli stoją w obliczu wyzwań związanych z kalibracją, które różnią się od typowych przemysłowych zastosowań wizyjnych, ponieważ środowisko pracy łączy wibracje pochodzące od sąsiadujących maszyn, zmienne oświetlenie otoczenia spowodowane ruchem suwnicy oraz charakterystykę powierzchni produktu — cewki z opaskami z odblaskowym materiałem i matowym lub półbłyszczącym wykończeniem płaszcza — co powoduje niespójny kontrast obrazu w zależności od kąta oświetlenia i koloru płaszcza. System wizyjny skalibrowany rano przy stabilnym oświetleniu fabrycznym może generować błędy pozycji frezu wynoszące 5–15 mm w połowie zmiany, jeśli cienie suwnicy lub wibracje sąsiedniego sprzętu przesunęły efektywne obliczenia środka ciężkości obrazu.

Najskuteczniejszym podejściem do zarządzania odchyleniem kalibracji obrazu w środowiskach produkcyjnych jest połączenie stałego, strukturalnego oświetlenia w polu widzenia — niezależnego od otaczającego oświetlenia fabrycznego — z okresową procedurą weryfikacji kalibracji w trakcie cyklu. Ustrukturyzowane oświetlenie, zwykle lampa pierścieniowa lub liniowa lampa słupkowa, montowana na uchwycie kamery, zapewnia stałą geometrię oświetlenia niezależnie od warunków otoczenia. Kontrola kalibracji w trakcie cyklu polega na tym, że robot okresowo wybiera cel referencyjny w znanej pozycji i porównuje pozycję podaną przez system wizyjny ze znaną podstawą; odchylenia powyżej progu uruchamiają automatyczną procedurę ponownej kalibracji przed kontynuacją produkcji.

Dryft termiczny jest drugorzędnym problemem związanym z kalibracją w obiektach bez klimatyzacji. Zarówno wspornik montażowy kamery, jak i podstawa robota rozszerzają się pod wpływem ciepła w ciągu dnia, przesuwając relację przestrzenną między ramą kamery a ramą świata robota o ułamki milimetra, co kumuluje się, powodując błędy umieszczenia wynoszące 3–8 mm w szczytowej temperaturze popołudnia. Kompensacja dryfu termicznego wymaga albo korekty współczynnika temperaturowego w matrycy transformacji robota w kamerę — uzyskanej z przebiegu kalibracyjnego w różnych temperaturach — albo sztywnej konstrukcji montażowej kamery ze stopu Invar, która minimalizuje rozszerzalność cieplną. Większość zakładów produkcyjnych rozwiązuje ten problem pragmatycznie, poszerzając tolerancję rozmieszczenia we wzorze palety, aby uwzględnić zakres dryftu, akceptując niewielkie zmniejszenie gęstości palet w zamian za eliminację obciążeń związanych z konserwacją kalibracji.

Architektura bezpieczeństwa w inteligentnych komórkach ramion robota układającego: poza płotem bezpieczeństwa

Tradycyjna architektura bezpieczeństwa cel robotów przemysłowych opiera się na fizycznym ogrodzeniu z połączonymi bramkami dostępowymi — rozwiązanie, które jest skuteczne, ale powoduje tarcia operacyjne w obiektach, w których operatorzy potrzebują częstego dostępu do obszaru roboczego robota w celu usuwania zakleszczonych cewek, kontroli jakości palet lub zarządzania końcówkami taśm. W operacjach paletyzacji kabli o dużej przepustowości częste przerwy w pracy ogrodzenia znacznie skracają efektywny czas pracy systemu, ponieważ każde wejście przez bramę powoduje pełne zatrzymanie bezpieczeństwa i wymaga celowej sekwencji ponownego uruchomienia przed wznowieniem produkcji. Skumulowany efekt w ciągu zmiany produkcyjnej może stanowić 5–10% całkowitego dostępnego czasu, kompensując część oszczędności pracy, które zapewniało zainstalowanie inteligentnego ramienia robota układającego.

Instalacje nowoczesnych inteligentnych robotów układających w coraz większym stopniu wykorzystują współpracujące architektury bezpieczeństwa, które zastępują lub uzupełniają ogrodzenie obwodowe skanerami obszarowymi, systemami wizyjnymi zapewniającymi bezpieczeństwo i trybami robota o ograniczonej sile. Skanery obszarowe — laserowe urządzenia zabezpieczające montowane na poziomie podłogi — definiują konfigurowalne strefy bezpieczeństwa w obszarze roboczym robota. Gdy operator wchodzi do określonej strefy, robot zmniejsza prędkość do bezpiecznej zmniejszonej prędkości (zwykle 250 mm/s lub mniej, zgodnie z normą ISO/TS 15066), zamiast całkowicie się zatrzymywać, co pozwala na ograniczone współistnienie człowieka i robota w celu wykonywania inspekcji i drobnych prac interwencyjnych bez całkowitego zatrzymania produkcji. Pełne zatrzymanie jest nadal wyzwalane, jeśli operator penetruje wewnętrzną strefę wykluczenia wokół aktywnego obszaru pobierania i umieszczania.

• Zatrzymanie monitorowane o klasie bezpieczeństwa (SRMS): Robot zatrzymuje się i utrzymuje pozycję, gdy operator wejdzie do monitorowanej strefy; produkcja zostaje wznowiona automatycznie po wyjściu operatora — nie jest wymagane ręczne ponowne uruchomienie, co skraca czas przestoju związany z dostępem do czasu przejścia przez strefę
• Monitorowanie prędkości i separacji (SSM): Robot w sposób ciągły zmniejsza prędkość w miarę zbliżania się operatora, obliczaną w czasie rzeczywistym na podstawie pomiaru odległości skanera — odległość najbliższego podejścia określa, czy robot zwalnia do małej prędkości, zmniejszonej prędkości, czy też do zatrzymania ochronnego
• Ograniczenie mocy i siły (PFL): Dostępny na platformach robotów współpracujących, PFL ogranicza siłę, jaką ramię robota może wywierać na kontakt — odpowiednie do zastosowań z cewkami kablowymi o mniejszym obciążeniu, gdzie masa cewki mieści się w zakresie obciążenia robota współpracującego (zwykle do 16 kg w przypadku obecnych platform współpracujących).
• Integracja PLC bezpieczeństwa: Wszystkie funkcje bezpieczeństwa — strefy skanera obszaru, blokady bram, obwody zatrzymania awaryjnego i wejścia bezpieczeństwa robota — powinny być zarządzane przez dedykowany sterownik PLC bezpieczeństwa (o stopniu SIL 2 lub PLe), a nie przez standardowy sterownik PLC maszyny, zapewniając, że logika bezpieczeństwa nie może zostać przypadkowo zmodyfikowana podczas zmian receptury lub programu

Założona w 2002 roku w Szanghaju i rozszerzona poprzez utworzenie Jiangsu Yessjet Precise Machinery Co., Ltd. w Yixing w 2017 roku, Shanghai Yessjet Precise Machinery Co., Ltd. projektuje architektury bezpieczeństwa robotycznych paletyzatorów zgodnie z wymaganiami ISO 10218-2 i GB 11291.2 już od początkowej fazy układu systemu. Konfiguracja strefy bezpieczeństwa, analiza częstotliwości dostępu i projekt procedury ponownego uruchomienia są dokumentowane podczas fabrycznego testu odbiorczego i sprawdzane na miejscu podczas odbioru, co gwarantuje, że zainstalowana architektura bezpieczeństwa odpowiada rzeczywistemu przepływowi pracy operatora w obiekcie klienta, a nie teoretycznemu schematowi dostępu zakładanemu na etapie projektowania.