Inteligentný stohovač robotov

Znalosti odvetvia

Výber nástrojov na konci ramena pre Robotický paletizátor Systémy na manipuláciu so stočeným káblom

Nástroj end-of-arm (EOAT) na robotickom paletizátore je jediným komponentom, ktorý je najviac zodpovedný za to, či systém skutočne spĺňa ciele týkajúce sa doby cyklu a presnosti umiestnenia vo výrobe – napriek tomu sa mu počas fázy špecifikácie venuje oveľa menšia technická pozornosť ako samotnému ramenu robota. Pre výrobcov káblov je táto výzva obzvlášť akútna, pretože zvinutý kábel predstavuje mechanicky nepohodlné zaťaženie: je okrúhly, relatívne deformovateľný, má premenlivý vonkajší priemer v rámci rôznych produktov a často sa vyskytuje v nekonzistentných polohách a orientáciách na prívodnom dopravníku. Uchopovač navrhnutý pre pevné kartóny alebo jednotné vrecia opakovane zlyhá na stočenom kábli, čo spôsobí chyby v umiestnení, ktoré sa hromadia v nestabilných nákladoch paliet a na nápravu je potrebný manuálny zásah.

Dva dominantné prístupy EOAT pre paletizáciu stočených káblov sú svorkové chápadlá a vidlicové zdviháky. Upínacie uchopovače vyvíjajú bočný tlak z dvoch alebo viacerých čeľustí, aby držali zvitok počas prenosu – účinné pre zvitky s konzistentným vonkajším priemerom a materiálom plášťa dostatočne tuhým, aby odolal deformácii pri upínacej sile. Vidlicové zdvíhače vkladajú dva alebo viac hrotov pod cievku a zdvíhajú sa zospodu, čo je vo svojej podstate zhovievavejšie k variácii vonkajšieho priemeru, ale vyžaduje, aby bola cievka umiestnená v známej výške nad povrchom dopravníka a vyžaduje dostatočnú vôľu pod cievkou na vloženie hrotov. Pre prostredia so zmiešanými produktmi s vonkajším priemerom káblov od 8 mm do 60 mm na tej istej paletizačnej bunke ponúka hybridný nástroj s nastaviteľnou šírkou svorky a výsuvnou spodnou podperou najširší rozsah kompatibility za cenu vyššej zložitosti nástrojov a dlhšej doby výmeny medzi radmi produktov.

Shanghai Yessjet Precise Machinery Co., Ltd. vyvíja špecifikácie EOAT ako súčasť Inteligentný stohovač robotov proces návrhu systému, počnúc maticou užitočného zaťaženia, ktorá dokumentuje rozsah vonkajšieho priemeru cievky, rozsah hmotnosti cievky, tvrdosť materiálu plášťa a konfiguráciu pások pre každý káblový produkt, ktorý zákazník zamýšľa používať. Táto matica riadi mechanický dizajn nástroja aj trajektóriu programu robota, pretože ťažšia cievka alebo väčší vonkajší priemer vyžadujú iný nájazdový uhol a profil spomalenia, aby sa zachovala presnosť umiestnenia v tolerancii ±5 mm, ktorú väčšina vzorov paliet vyžaduje pre stabilné stohovanie.

Programovanie vzorov paliet: statické vzory vs. logika adaptívnej vrstvy

Programovanie vzoru paliet v an Inteligentné stohovacie robotické rameno Systém je zložitejší pre okrúhle zvinuté produkty ako pre obdĺžnikové kartóny, pretože kruhy sa neviažu efektívne a riadenie medzier medzi zvitkami určuje stabilitu palety aj efektívnu hustotu užitočného zaťaženia na paletu. Programovanie statického vzoru – kde každá vrstva sleduje vopred definovanú mriežku umiestnenia cievok – je jednoduché implementovať a poskytuje predvídateľné výsledky pre jeden produkt. Statické vzory sa však stávajú problémom v prostrediach so zmiešaným produktom, kde sa vonkajší priemer cievky mení naprieč dráhami, pretože vzor optimalizovaný pre cievku s vonkajším priemerom 200 mm zanechá nadmerné medzery alebo spôsobí rušenie kontaktov medzi cievkami, keď sa linka prepne na produkt s vonkajším priemerom 240 mm bez úpravy vzoru.

Logika adaptívnej vrstvy to rieši výpočtom mriežky umiestnenia za behu na základe skutočnej OD cievky nameranej kamerovým systémom alebo zadanej cez rozhranie správy receptov. Riadiaca jednotka robota určí, koľko cievok sa zmestí na vrstvu pri aktuálnom OD, vypočíta optimálny rozstup riadkov a stĺpcov na vycentrovanie vzoru v stope palety a dynamicky generuje trasové body pre každý pohyb umiestnenia. Tento prístup eliminuje potrebu udržiavať knižnicu statických vzorov pre každú SKU produktu – knižnicu, ktorá sa v praxi stáva nepraktickou a stáva sa bremenom údržby, keď sa zavádzajú nové káblové produkty.

Porovnanie vzorových prístupov podľa výrobného prostredia

Vzory vzájomného spojenia vrstiev – kde sú alternatívne vrstvy otočené o 90 stupňov alebo posunuté o polovicu rozstupu zvitkov – výrazne zlepšujú stabilitu palety v prípade okrúhlych zvitkov, ktoré nemajú ploché čelo, aby sa zabránilo bočnému posúvaniu. Implementácia blokovania vrstiev v systéme adaptívnych vzorov vyžaduje, aby ovládač robota sledoval číslo aktuálnej vrstvy a aplikoval správny posun rotácie na vypočítanú mriežku, čo je logický krok, ktorý sa dá jednoducho implementovať, ale v základných systémoch so statickými vzormi sa často vynecháva, pretože si vyžaduje zložitejšie programovanie vzorov, než na ktoré sú operátori zvyčajne vyškolení.

Analýza času cyklu: kde systémy inteligentných stohovacích robotov strácajú čas v reálnej produkcii

Doby cyklov inteligentného robotického stohovača uvádzané dodávateľom sa takmer vždy merajú za ideálnych podmienok: jedna veľkosť cievky, vopred umiestnená v pevnom vstupnom bode, umiestnená na prázdnu paletu v pevnej výške, bez udalostí výmeny palety. Skutočné časy výrobného cyklu sú trvalo o 15 – 30 % dlhšie ako tieto uvádzané údaje, a to z dôvodu faktorov, ktoré sú prítomné pri každej zmene výroby, ale chýbajú v teste benchmarku: kolísanie polohy cievky na vstupnom dopravníku, rast výšky palety pri hromadení vrstiev, prestoje pri výmene paliet a občasné opätovné vyberanie, keď zvitok nie je správne usadený pri prvom pokuse o umiestnenie.

Najväčšou obnoviteľnou časovou stratou vo väčšine inštalácií inteligentného stohovacieho robotického ramena je sekvencia výmeny paliet – čas medzi robotom umiestnením poslednej cievky na plnú paletu a prvým umiestnením na novú prázdnu paletu. Ručná výmena paliet pomocou vysokozdvižného vozíka zvyčajne trvá 60–120 sekúnd; počas tohto okna sa navíjacia linka proti prúdu buď zastaví, alebo zhromažďuje zvitky na vyrovnávacom dopravníku, ktorý nemusí mať dostatočnú kapacitu na dlhú sekvenciu výmeny. Automatizované paletové dávkovače – ktoré vopred umiestnia prázdnu paletu pod pracovnú obálku robota, kým sa aktuálna paleta stále plní – skracujú medzeru pri výmene na 10–20 sekúnd a eliminujú závislosť od dostupnosti vysokozdvižného vozíka, ktorý je v zariadeniach s viacerými linkami často zdieľaným zdrojom, ktorý vytvára konflikty v plánovaní.

• Umiestnenie prívodného dopravníka: Variácia polohy cievky ± 30 mm na vstupnom dopravníku pridáva 0,3 – 0,8 sekundy na jeden cyklus odberu pre zrakom riadený systém vykonávajúci korekciu polohy – pri 500 odberoch za zmenu to predstavuje 2,5 – 6,5 minút kumulatívneho strateného času
• Kompenzácia výšky palety: Každá nasledujúca vrstva zvyšuje bod umiestnenia o výšku stohu cievok; robot musí prejsť dlhšiu vertikálnu vzdialenosť pre horné vrstvy, pričom pripočítaním 0,2 – 0,5 sekundy na umiestnenie v porovnaní s cyklom základnej vrstvy – tento efekt sa spája na celej palete so 6 – 8 vrstvami
• Znova vybrať udalosti: Cievky, ktoré nie sú správne usadené po prvom pokuse o umiestnenie, vyžadujú, aby robot zdvihol, premiestnil a znova umiestnil – sekvencia, ktorá trvá 3 – 8 sekúnd a vyskytuje sa rýchlosťou 1 – 3 % z celkového počtu výberov v systémoch bez snímačov na potvrdenie umiestnenia
• Zasahovanie do popruhu: Uvoľnené koncovky na nedokonale pripevnených cievkach môžu počas umiestňovania prekážať priľahlým cievkam, čo si vyžaduje 2–5 sekundovú prestávku, kým sa koncovka usadí, kým robot cievku uvoľní – problém, ktorý sa viaže skôr na hornú páskovaciu stanicu než na samotný robot.

Integrácia systému videnia v bunkách robotického paletizátora: Kalibrácia a riadenie driftu

Systémy robotických paletizátorov riadené zrakom v prostrediach výroby káblov čelia kalibračným problémom, ktoré sa líšia od typických aplikácií priemyselného videnia, pretože pracovné prostredie kombinuje vibrácie zo susedných strojov, premenlivé okolité osvetlenie pri pohybe mostového žeriavu a vlastnosti povrchu produktu – cievky s reflexným páskovým materiálom a matné alebo pololesklé povrchové úpravy plášťa – ktoré vytvárajú nekonzistentný kontrast obrazu v závislosti od uhla osvetlenia a farby plášťa. Systém videnia kalibrovaný ráno pri stabilnom osvetlení v továrni môže pri strednej zmene spôsobiť chyby polohy výberu 5–15 mm, ak tiene mostového žeriavu alebo vibrácie susedného zariadenia posunuli efektívny výpočet ťažiska obrazu.

Najúčinnejším prístupom k riadeniu posunu kalibrácie zraku vo výrobných prostrediach je kombinácia pevného štruktúrovaného osvetlenia v zornom poli – nezávisle od okolitého osvetlenia továrne – a pravidelného overovania kalibrácie počas cyklu. Štruktúrované osvetlenie, zvyčajne kruhové svetlo alebo lineárne tyčové svetlo namontované na držiaku kamery, zaisťuje, že geometria osvetlenia je konštantná bez ohľadu na okolité podmienky. Kontrola kalibrácie počas cyklu zahŕňa robot periodicky vyberanie referenčného cieľa v známej polohe a porovnávanie polohy hlásenej systémom videnia so známou pravdou na zemi; odchýlky nad prahom spúšťajú rutinu automatickej rekalibrácie pred pokračovaním výroby.

Tepelný drift je sekundárna kalibrácia v zariadeniach bez klimatizácie. Montážna konzola kamery a základňa robota sa počas dňa tepelne rozťahujú, čím sa posúva priestorový vzťah medzi rámom kamery a rámom sveta robota o zlomky milimetra, ktoré sa kumulujú do chýb umiestnenia 3–8 mm pri najvyššej popoludňajšej teplote. Kompenzácia tepelného posunu vyžaduje buď korekciu teplotného koeficientu v transformačnej matici medzi robotom a kamerou – odvodenú z kalibrácie pri viacerých teplotách – alebo pevnú montážnu štruktúru kamery z invarovej zliatiny, ktorá minimalizuje tepelnú rozťažnosť. Väčšina výrobných zariadení to rieši pragmaticky rozšírením tolerancie umiestnenia vo vzore paliet, aby absorbovali rozsah posunu, akceptujúc mierne zníženie hustoty paliet výmenou za odstránenie záťaže pri kalibrácii.

Bezpečnostná architektúra v inteligentnom stohovaní buniek robotického ramena: Za bezpečnostným plotom

Tradičná bezpečnostná architektúra pre priemyselné robotické bunky sa opiera o fyzický obvodový plot s prepojenými prístupovými bránami – riešenie, ktoré je efektívne, ale vytvára prevádzkové trenie v zariadeniach, kde operátori potrebujú častý prístup k pracovnej obálke robota na odstraňovanie zaseknutých cievok, kontrolu kvality paliet alebo správu chvostov popruhov. Pri vysokovýkonnej paletizácii káblov časté prerušenia oplotenia výrazne znižujú efektívnu dobu prevádzky systému, pretože každý vstup brány spustí úplné bezpečnostné zastavenie a pred obnovením výroby si vyžaduje zámernú sekvenciu reštartu. Kumulatívny efekt naprieč výrobnou smenou môže predstavovať 5 – 10 % z celkového dostupného času, čím sa vykompenzuje časť úspor práce, ktorú bolo nainštalované rameno inteligentného stohovacieho robota.

Moderné inštalácie inteligentných robotických stohovačov čoraz viac využívajú kolaboratívne bezpečnostné architektúry, ktoré nahrádzajú alebo dopĺňajú obvodový plot o plošné skenery, bezpečnostné systémy videnia a režimy robotov s obmedzenou silou. Plošné skenery – laserové bezpečnostné zariadenia namontované na úrovni podlahy – definujú konfigurovateľné bezpečnostné zóny v rámci pracovného priestoru robota. Keď operátor vstúpi do definovanej zóny, robot zníži na bezpečnú zníženú rýchlosť (zvyčajne 250 mm/s alebo menej, podľa ISO/TS 15066) namiesto úplného zastavenia, čo umožňuje obmedzenú koexistenciu človeka a robota pri kontrolách a menších zásahových úlohách bez úplného zastavenia výroby. Úplné zastavenie sa spustí aj vtedy, ak operátor prenikne do vnútornej zóny vylúčenia okolo aktívnej oblasti na vyberanie a umiestňovanie.

• Monitorované zastavenie s hodnotením bezpečnosti (SRMS): Robot sa zastaví a drží pozíciu, keď operátor vstúpi do monitorovanej zóny; výroba sa automaticky obnoví, keď operátor odíde – nie je potrebný žiadny manuálny reštart, čím sa skracuje prestoj prístupovej udalosti na čas prechodu cez zónu
• Monitorovanie rýchlosti a separácie (SSM): Robot neustále znižuje rýchlosť, keď sa operátor približuje, vypočítanú v reálnom čase z merania vzdialenosti skenera – najbližšia vzdialenosť priblíženia určuje, či robot spomalí na pomalú rýchlosť, zníženú rýchlosť alebo ochranné zastavenie.
• Obmedzenie výkonu a sily (PFL): PFL, ktoré je k dispozícii na platformách kolaboratívnych robotov, obmedzuje silu, ktorú môže rameno robota vyvinúť pri kontakte – vhodné pre aplikácie káblových cievok s nižším užitočným zaťažením, kde je hmotnosť cievky v rozsahu užitočného zaťaženia kolaboratívneho robota (zvyčajne do 16 kg pre súčasné platformy pre spoluprácu)
• Integrácia bezpečnostného PLC: Všetky bezpečnostné funkcie – zóny skenera oblasti, blokovanie brán, obvody núdzového zastavenia a bezpečnostné vstupy robota – by mali byť riadené prostredníctvom špeciálneho bezpečnostného PLC (hodnotené SIL 2 alebo PLe), a nie prostredníctvom štandardného PLC stroja, čím sa zabezpečí, že bezpečnostná logika nemôže byť neúmyselne modifikovaná počas zmien receptúry alebo programu.

Spoločnosť Shanghai Yessjet Precise Machinery Co., Ltd., založená v roku 2002 v Šanghaji a rozšírená založením spoločnosti Jiangsu Yessjet Precise Machinery Co., Ltd. v Yixingu v roku 2017, navrhuje bezpečnostné architektúry robotických paletizátorov v súlade s požiadavkami ISO 10218-2 a GB 11291 od počiatočnej fázy systému 2. Konfigurácia bezpečnostnej zóny, analýza prístupovej frekvencie a návrh postupu opätovného spustenia sú zdokumentované počas akceptačného testu v továrni a overené na mieste počas uvádzania do prevádzky – čím sa zabezpečí, že bezpečnostná architektúra, ako je nainštalovaná, zodpovedá skutočnému pracovnému postupu operátora v zariadení zákazníka a nie teoretickému vzoru prístupu predpokladanému počas fázy návrhu.