Zwiększona wydajność produkcji przez integrację robotów SCARA
Roboty przemysłowe są współcześnie standardem w produkcji przemysłowej. Każde przedsiębiorstwo, które chce przyspieszyć proces produkcji i poprawić jej jakość, powinno rozważyć ich zakup. Szczególnie popularnym rodzajem robotów przemysłowych są 4-osiowe roboty SCARA, cechujące się dużą szybkością, precyzją i małą lub średnią możliwością udźwigu. Zastosowanie jednego zintegrowanego kontrolera do robotów SCARA i pozostałych elementów maszyny znacząco upraszcza proces programowania oraz uruchomienia linii produkcyjnej w porównaniu z wykorzystaniem oddzielnego sterownika robota i PLC maszyny.
1. Czym jest robot przemysłowy?
Roboty przemysłowe to automatycznie sterowane urządzenia manipulujące stosowane w zakładach produkcyjnych w celu automatyzacji procesów produkcji. Ich zadaniem jest przenoszenie wszelkiego rodzaju części i materiałów na podstawie wcześniej zaprogramowanych ruchów określających sposób pracy według kilku osi robota. Roboty przemysłowe zastępują człowieka w wielu procesach wytwórczych, zmniejszając tym samym ryzyko popełnienia błędów w czasie produkcji, które wynikają ze zmęczenia lub roztargnienia pracownika. Stosowane są m.in. w procesach produkcyjnych, składowaniu, pakowaniu i transporcie.
2. Rodzaje robotów przemysłowych w skrócie
Roboty przemysłowe produkowane są zarówno w wariantach stacjonarnych, jak i mobilnych. Możemy je podzielić na trzy główne rodzaje. Pierwszym są duże maszyny, których celem jest podnoszenie ciężkich materiałów. Aby zapewnić bezpieczeństwo pracownikom ten rodzaj robotów znajduje się w specjalnie zaprojektowanych „celach” odgradzających je od pracowników.
„Przeciwieństwem” ciężkich robotów przemysłowych są roboty współpracujące – coboty. Coboty to małe urządzenia o niewielkim udźwigu, które są dostosowane do bezpiecznej i inteligentnej współpracy z człowiekiem, przejmując od niego zadania monotonne. Większość robotów współpracujących jest 6-osiowa, dzięki czemu są również zdolne do wykonywania skomplikowanych ruchów.
Trzecim rodzajem robota przemysłowego jest robot SCARA służący do przenoszenia ładunków o wadze do 50–60 kg. Roboty SCARA mają 4 osie pozwalające im na bardzo szybką pracę w ruchu pick and place. Ze względu na bardzo dużą szybkość, precyzyjność i powtarzalność ruchu, SCARA świetnie nadają się do automatyzacji procesów, które polegają na seryjnym pobieraniu przedmiotu, przenoszeniu go i umieszczaniu we wcześniej zdefiniowanym punkcie.
3. Roboty SCARA – czym są, do czego służą?
Robot SCARA to manipulacyjny robot przemysłowy o samonośnej konstrukcji. Zaopatrzony jest w 3 osie obrotowe i oś przesuwną (góra – dół). Jego głównym zadaniem jest wykonywanie zaprogramowanych wcześniej zadań w jednej płaszczyźnie na małej przestrzeni.
Robot przemysłowy SCARA charakteryzuje się dużą precyzją działania, co w połączeniu z dużą szybkością ruchu pozwala na automatyzację procesów produkcyjnych, takich jak montaż, pakowanie i układanie produktów. SCARA wykorzystywane są głównie w celu manipulowania materiałami i do montażu małych komponentów.
4. Jak działają roboty przemysłowe SCARA?
SCARA są wzorowane na ruchach ramienia człowieka, dzięki czemu ramię robota może się zarówno wysuwać, jak i cofać. Możliwe jest także jednoczesne lub oddzielne obracanie się robota wokół osi własnego łokcia albo ramienia. Te funkcjonalności pozwalają na przemieszczanie materiałów w dowolnych punktach, które ograniczone są przez zdolność maksymalnego rozprostowania łokcia i ramienia robota.
Trzy osie obrotowe pozwalają robotowi przemysłowemu na przenoszenie materiałów z jednego miejsca na drugie, natomiast 1 oś przesuwna umożliwia wykonywanie takich czynności, jak grawerowanie, dozowanie i wkręcanie elementów.
W konstrukcji robotów przemysłowych SCARA nie są używane paski napędowe, co eliminuje drgania, które mogłyby powstawać w momencie hamowania pędu ramienia. Eliminacja drgań przyspiesza pracę i poprawia dokładność działania robota, co wpływa na zwiększenie jego powtarzalności.
Stosując dedykowane oprogramowanie sterujące można w łatwy sposób dopasować urządzenie do każdej koncepcji obsługi. Robotami SCARA można więc wygodnie sterować za pomocą sterownika PLC. Operatorzy potrafiący obsługiwać programowalne sterowniki logiczne będą mogli bezpiecznie sterować swoim robotem oraz wyznaczać mu nowe zadania.
Kluczową zaletą robotów przemysłowych SCARA są małe wymiary, łatwy montaż na linii produkcyjnej, a także instynktowna obsługa.
5. Co zyskam dzięki robotowi SCARA?
Korzyścią z wprowadzenia technologii SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) do procesu maszynowego jest zwiększenie przepustowości i dokładności, co przekłada się na wyższą wydajność i produktywność. Standardowy robot SCARA posiada cztery osie ruchu i jest w stanie podnieść ciężar o wadze około 20 kg, zwiększając sprawność w aplikacjach takich jak pick & place. SCARA może również zmniejszyć stopień złożoności maszyny, osiągając ścieżki ruchu niemożliwe do zrealizowania w inny sposób bez dodatkowej mechaniki, kosztów i czasu na wdrożenie.
6. Brak integracji robotów SCARA z resztą urządzeń zniechęca przed ich zakupem
Zdecydowana większość sterowników PLC dostępnych na rynku nie oferuje zintegrowanego sterowania robotem. Wobec tego jeśli chcemy zarządzać urządzeniem służącym do planowania ścieżki robota, potrzebujemy zaopatrzyć się w oddzielny sterownik dostarczany przez producenta robota.
Pojawia się tutaj problem dla inżynierów – konieczność korzystania z dwóch niezależnych środowisk programowych, a następnie komunikacja i synchronizacja danych między nimi. Ponadto możliwe, że przy kolejnych aplikacjach cały ten proces będzie musiał zostać rozpoczęty od nowa.
Złożoność tego rozwiązania utrudnia korzystanie w pełni z możliwości SCARY, zniechęcając przedsiębiorców do inwestowania w robotyzację.
7. Komu zlecić integrację robota SCARA?
Większość specjalistów od programowania PLC nie jest jednocześnie ekspertami w dziedzinie robotyki, która uznawana jest jako oddzielna specjalizacja. Wobec tego przed konstruktorem maszyny w firmie zakupującej robota stają dwa rozwiązania na połączenie sterownika PLC ze sterownikiem robota:
- zatrudnienie dodatkowo do tego zadania programistów robotów;
- poleganie na dostawcy robotów w zakresie wsparcia przy uruchomieniu.
Każde z tych rozwiązań oznacza jednak konieczność wprowadzenia dodatkowego systemu do utrzymania przez producenta.
Problemy występujące podczas przekazywania informacji między robotem a maszyną mają negatywny wpływ nie tylko na rozwój producenta, ale także na użytkownika końcowego maszyny. Skuteczne wyeliminowanie tych problemów poprzez modyfikacje maszyny jest wymagające i czasochłonne.
Usprawnienie działania maszyny poprzez korzystanie z pomocy zewnętrznych dostawców środowiska może utrudniać ustalenie odpowiedzialności za rozwiązywanie nieuniknionych problemów, a także zwiększa zależność od firm zewnętrznych. Taka sytuacja wiąże się ze zwiększeniem liczby przestojów w pracy dla użytkownika maszyny i wymaga też dodatkowych zasobów wsparcia od konstruktora maszyny.
Dodatkowe wymagania sprzętowe w przypadku podejścia opartego na dwóch środowiskach mogą również wpłynąć na znaczny wzrost kosztów przedsiębiorcy. Takie podejście wymaga bowiem nabycia dwóch odrębnych sterowników (a nawet więcej, jeśli aplikacja wymaga więcej niż jednego robota SCARA). Potrzebne jest również zakupienie dodatkowego sprzętu, np. enkodera, który zazwyczaj jest potrzebny do synchronizacji sterownika PLC ze sterownikiem robota.
8. Jak mogę uprościć integrację robotów SCARA?
Odpowiedzią na powyższe problemy jest rozwiązanie firmy Trio Motion. Trio wykorzystuje jeden sterownik, który obejmuje kinematykę robota oraz programowanie funkcji logicznych w standardzie IEC. Oznacza to koordynację cyklu maszyny, wszystkich osi ruchu i robotów w jednym środowisku programistycznym.
Wykorzystanie zintegrowanego sterownika dla robotów SCARA i maszyny eliminuje możliwość wystąpienia problemów komunikacyjnych. Jedno środowisko przyspiesza czas rozruchu maszyny i likwiduje problemy użytkownika końcowego związane z transmisją danych między urządzeniami. W rezultacie przedsiębiorca otrzymuje bardziej niezawodny system, a projektowanie zmian wprowadzanych przez użytkownika jest szybsze i łatwiejsze.
9. Szybsze uruchomienie i zwiększenie przepustowości
System SCARA został wdrożony w szerokim wachlarzu aplikacji: od produkcji baterii litowych, po linie rozlewnicze w przemyśle farmaceutycznym. Dzięki łatwiejszej komunikacji w jednym środowisku to zintegrowane rozwiązanie przyspieszyło proces produkcyjny przedsiębiorstwa. Przedsiębiorstwo posłużyło się rozwiązaniem Trio w aplikacji przechwytywania gwintowników i przenoszenia ich do pieca. To zintegrowane podejście podwoiło liczbę cykli maszyny na minutę w porównaniu do konkurencyjnych rozwiązań z osobnymi sterownikami PLC i kontrolerami robotów, a to dzięki uproszczonej wymianie danych w obrębie jednego systemu. W rezultacie czas rozwoju projektu dla producenta OEM spadł z średnio trzech miesięcy do dwóch tygodni.
– Producent OEM był w stanie opracować rozwiązanie przy pomocy tylko jednego inżyniera, gdzie wcześniej wymagali wyspecjalizowanej kadry dla sterownika PLC i oddzielnego sterownika robota – podsumowuje prezes Trio, Tom Alexander (źródło cytatu: Optimising SCARA integration for faster development and improved performance). – Rozwiązanie okazało się tańsze dla producenta ze względu na ograniczenie liczby urządzeń, natomiast klient końcowy korzysta z bardziej niezawodnego, łatwiejszego w obsłudze systemu.
10. Połącz robota SCARA z systemem wizyjnym
Istnieje również możliwość integracji systemów wizyjnych za pomocą kontrolera Trio motion i zewnętrznego PC, gdzie kamery innych firm mogą być podłączone za pomocą biblioteki API. W typowej aplikacji pick & place, robot SCARA zapewnia śledzenie detalu za pomocą enkodera. Kiedy obiekt przechodzi pod kamerą jego pozycja i orientacja są przekazywane do robota SCARA, który następnie podnosi obiekt i odpowiednio obraca lub zmienia jego pozycję.
– Dostawcy robotów zazwyczaj pobierają opłatę za integrację kamer i dodatkowych osi, więc możliwość zintegrowania także systemu wizyjnego w ramach jednego środowiska jest kolejną korzyścią – mówi Tom Alexander (źródło cytatu: Optimising SCARA integration for faster development and improved performance).
– Niektóre aplikacje z bardzo dużym uzależnieniem od logiki zero jedynkowej mogą korzystać z tradycyjnego interfejsu PLC i robota – mówi Tom Alexander. – Jednak dla wielu producentów OEM sprawniejsza integracja maszyny z robotem jest korzystniejszym rozwiązaniem. (źródło cytatu: Optimising SCARA integration for faster development and improved performance).
11. Zwiększ zdolności robota SCARA dzięki systemowi wizyjnemu
Roboty SCARA mogą zostać rozszerzone poprzez dołączenie do nich systemu wizyjnego, zwiększając przez to liczbę zastosowań na linii produkcyjnej. Zintegrowanie robota z systemem wizyjnym pozwala urządzeniu samodzielnie rozpoznać wcześniej zdefiniowany obiekt, zmniejszając ingerencję człowieka w obsługę i kalibrację urządzenia.
Nadzór przez system wizyjny nad poprawną realizacją prowadzonego procesu daje pewność, że wszelkie prowadzone czynności są wykonywane w możliwie najbardziej precyzyjny sposób.
12. Podsumowanie
Roboty przemysłowe SCARA są podstawą automatyzacji procesów produkcyjnych. Ich szybkość i precyzja działania, przy jednoczesnej możliwości bezpiecznej pracy obok człowieka, są nieustannie doceniane przez przedsiębiorców. Nawet rozpowszechnienie się na rynku robotów współpracujących oraz robotów 6-osiowych, pozwalających na swobodne przemieszczanie pobranych materiałów, nie zachwiało silnej pozycji robotów SCARA.
Eliminacja problemu integracji robotów SCARA w rozwiązaniu firmy Trio zwiększa możliwości na linii produkcyjnej oraz ułatwia instalację SCARA na linii produkcyjnej. Dzięki wprowadzeniu łatwiejszej wymiany danych w obrębie jednego systemu zintegrowane roboty pozwalają nawet na podwojenie cykli maszyny na minutę w porównaniu do rozwiązań korzystających z osobnych sterowników PLC i kontrolerów robotów.
Sprawdź naszą ofertę robotów SCARA
Multiprojekt Automatyka Sp. z o.o.
ul. Pilotów 2 E
31-462 Kraków
tel. 12 413 90 58
fax 12 376 48 94
e-mail: info@multiprojekt.pl
www.multiprojekt.pl
