Aktuální vydání

celé číslo

08

2021

Digitální transformace a konvergence provozních, informačních a inženýrských systémů

Výzkum, vývoj a vzdělávání v automatizaci

celé číslo

S roboty KUKA je automatizace stále jednodušší

Článek představuje novinky od firmy KUKA Roboter, předního výrobce a dodavatele průmyslových robotů a příslušenství pro robotické buňky. Roboty řady Quantec, řídicí systém KR C4 a softwarové prostředí KUKA.WorkVisual pro inženýrskou práci, uvedené na trh na veletrhu Automatica 2010 v Mnichově, významně posouvají vývoj robotiky a otevírají nové možnosti uplatnění průmyslových robotů v praxi.

 

Koncepce „plug and automate“

 
Zjednodušit využití robotů ve všech ohledech: to je cíl, který si německý výrobce průmyslových robotů KUKA Roboter vytknul při návrhu nových řad svých produktů. Na veletrhu Automatica 2010 v Mnichově (viz článek v časopise Automa, č. 7/2010, s. 54-55) představila KUKA novou řadu robotů Quantec, řídicí systém KR C4, operátorský panel KUKA smartPAD a software pro inženýrskou práci KUKA.WorkVisual. Tyto produkty skutečně zjednodušují automatizaci ve všech ohledech: její návrh, integraci, uvedení do provozu, údržbu i přizpůsobení požadavkům zákazníka. Navíc umožňují, aby robotické buňky byly ještě bezpečnější a energeticky úspornější než kdy dříve.
 

Roboty řady Quantec – široká paleta možností

 
Na robotech řady Quantec (obr. 1) znalec na první pohled pozná, že vycházejí z oblíbených řad comp a 2000. Roboty těchto řad jsou na trhu bestsellerem a pracují v mnoha výrobních linkách po celém světě.
 
To, že roboty nové řady Quantec vycházejí z konstrukce svých předchůdců, je pro uživatele výhodné zejména proto, že nové roboty mají shodně rozmístěné montážní otvory a shodnou přírubu pro upevnění nástroje. Mohou tak být použity i tam, kam byly původně určeny roboty starších řad nebo je v již existujících robotizovaných buňkách nahradit.
 
Co je u robotů řady Quantec nového? Při podrobnějším srovnání s roboty předchozích řad zaujmou u robotů stejného maximálního zatížení a dosahu jejich menší rozměry (obr. 2). S tím souvisí i menší hmotnost celého robotu a zejména jeho pohyblivých dílů. Objem robotu je menší zhruba o 25 % a hmotnost podle provedení až o 160 kg. To s sebou přináší lepší dynamiku, kratší doby cyklu a nezanedbatelnou úsporu energie. Roboty lze díky menším rozměrům, kompaktnějšímu tvaru a snadné přístupnosti vyměnitelných nástrojů použít i ve stísněných prostorech.
 
Bylo by možné očekávat, že konstruktéři uspořili hmotnost za cenu menší tuhosti konstrukce. Ale není tomu tak. Naopak, tuhost nových robotů je ještě lepší než u jejich předchůdců; kromě toho udivuje opakovatelnost pohybu ±0,06 mm.
 
Řada robotů Quantec zahrnuje patnáct základních typů rozdělených do čtyř skupin. Pro nejvyšší nosnost, do 300 kg, je to skupina Quantec Ultra, roboty určené zejména pro bodové svařování s nosností do 240 kg jsou ve skupině Quantec Prime, skupina Quantec Extra zahrnuje všestranné roboty s nosností do 210 kg a řada Quantec Pro obsahuje nejmenší roboty s nosností do 120 kg. Z celé řady robotů Quantec si tak mohou zákazníci vybrat roboty s nosností od 90 do 300 kg a s maximálním dosahem 2 500 až 3 100 mm. Této všestrannosti přitom konstruktéři dosáhli s maximálním využitím opakovatelných dílů a jen se čtyřmi variantami pohonů.
 

Nový řídicí systém KR C4

 
Řídicí systém KR C4 (obr. 3), uvedený na trh také na veletrhu Automatica 2010, v sobě integruje řídicí systém robotů, řídicí systém pohybu, sekvenční řídicí systém i regulační systém procesů. Ale to není všechno. Ještě důležitější je skutečnost, že v řídicím systému KR C4 je integrován i kompletní bezpečnostní systém. Jinak řečeno, KR C4 plní všechny úlohy v jednom.
 
Hlavním rysem při navrhování nového typu řídicího systému je skutečnost, že se stále více ustupuje od proprietárního hardwaru, limitujícího možnosti změn a rozšíření systému, a vykonávání řídicích funkcí se přenáší na software pracující na relativně běžném hardwaru. U moderních řídicích systémů jsou to dnes především několikajádrové procesorové jednotky a Ethernet. To vede nejen k velkému výpočetnímu výkonu a dobrým komunikačním schopnostem, ale také k možnostem vývoje: systém KR C4 může bez problémů využít všechny přednosti, které s sebou přinese budoucí vývoj průmyslové výpočetní techniky.
 
Vyloučení proprietárního hardwaru zjednodušilo konstrukci celého systému. Ten je nyní menší než jeho předchůdce a ubylo v něm potenciálně nespolehlivých kabelů a konektorů. Počet hardwarových modulů v řídicím systému poklesl o 35 %, ale počet kabelů a konektorů o plných 50 %.
 
Společnost KUKA Roboter je jedním z čelních představitelů ve vývoji bezpečnostních systémů pro roboty. Může přitom čerpat z mnohaletých zkušeností a tisíců provozovaných robotů. Její koncepce SafeRobot se stala de facto průmyslovým standardem. Usnadňuje např. ruční zakládání a vyjímání materiálu do robotické buňky a neobejdou se bez ní pracoviště, kde vzájemně spolupracují robot a člověk, jenž přitom musí vstupovat do pracovního prostoru robotu.
 
U řídicího systému KR C4 učinila firma KUKA další významný krok: bezpečnostní systém je plně integrován do řídicího. Multijádrová architektura umožňuje realizovat potřebné dvoukanálové řízení a díky propojení s řídicím systémem lze snadno naprogramovat nejen základní bezpečné zastavení robotu, ale také bezpečnostní omezení pohybu a rychlosti při vstupu obsluhy do pracovního prostoru robotu.
 
Systém je přitom připraven i na budoucnost. Předpokládá se, že zvláště tam, kde kooperuje robot a člověk, budou používány nové senzory, vyžadující velký počet vstupů a výstupů. Pro flexibilní systém bez proprietátního hardwaru je implementace takových senzorů velmi jednoduchá.
 
Jaké jsou vlastně výhody integrace řídicího systému robotu, sekvenčního řídicího systému, systému řízení pohybu, regulace procesů i bezpečnostního systému do jednoho celku? Především se tím zajistí konzistence dat a základních funkcí řídicího systému, obsluhy vstupů a výstupů a komunikace. Celý systém je možné, (viz další text), programovat jednotným programovacím nástrojem. Programování i obsluha řídicího systému jsou jednodušší a intuitivnější než dříve, což vede k omezení pravděpodobnosti vzniku chyb.
 
Systém KR C4 využívá ethernetová rozhraní. Softwarově lze zvolit, který ze standardů průmyslového Ethernetu bude implementován, zda to bude např. Profinet, nebo EtherNet/IP. Výhodou je, že k nim existují i nadstavby pro bezpečnostní komunikaci, Profisafe a CIP Safety. Využití standardních protokolů usnadňuje uvedení robotické buňky do provozu, snižuje náklady na vývoj a zvyšuje flexibilitu zařízení.
 

Operátorský panel KUKA smartPAD

 
K novému řídicímu systému patří také nový mobilní operátorský panel. KUKA smartPAD (obr. 4) je zařízení o hmotnosti jen přibližně jednoho kilogramu. Je vybaven dotykovým displejem s úhlopříčkou 8,4" s vysokým rozlišením a antireflexní vrstvou pro lepší čitelnost. Kromě dotykového displeje je k dispozici ještě několik funkčních tlačítek. Osvědčeným ovládacím prvkem je 6D myš. Zařízení je vybaveno také portem USB, jenž umožňuje ukládat data z panelu a naopak je do panelu nahrávat.
 
Operátorský panel má nejen příjemný, ergonomický tvar, ale k pohodlí uživatele přispívají i jeho softwarové funkce. V daném okamžiku mu panel nabízí jen ty možnosti ovládání, které může využít, a to v přehledné grafické podobě. Obsluha robotu je tedy velmi snadná a možnost udělat při ovládání chybu je minimální. Panel umožňuje ovládat současně, bez přepínání, osm os.
 
Operátorský panel je možné k řídicímu systému robotu připojit kdykoliv, i během provozu robotu, a stejně tak zase odpojit, když není zapotřebí.
 
Kdo měl možnost si smartPAD osobně vyzkoušet, musí potvrdit, že práce s ním je opravdu velmi snadná a ovládání robotu intuitivní, interaktivní a inteligentní. Programovatelná tlačítka umožňují ovládání přizpůsobit specifickým požadavkům daného zákazníka a úlohy či místním zvyklostem, a to bez zásahu do hardwaru.
 

KUKA.Work Visual – softwarové prostředí pro efektivní inženýrskou práci

 
Modulární struktura softwarové architektury systému KUKA.WorkVisual sdružuje všechny postupné kroky projektantské a inženýrské práce do jednotného, homogenního a konzistentního softwarového prostředí (obr. 5). WorkVisual může být používán jako nástroj pro vypracovávání návrhu projektu, konfiguraci robotické buňky i jako univerzální prostředí pro programování řídicího systému robotu.
 
WorkVisual přináší uživatelům především jednotný vzhled a ovládání všech softwarových modulů. Funkce systému WorkVisual mají stejnou uživatelskou přívětivost jako např. funkce programů prostředí MS Office s jejich standardizovanými uživatelskými rozhraními a navigačními menu: copy & paste, drag & drop, delete & undo apod. Velká výhoda je, že při programování je logická správnost kódu neustále ověřována funkcemi běžícími na pozadí systému. To znamená, že případnou chybu může programátor objevit a napravit již v jejím zárodku.
 
Základní struktura prostředí je znázorněna na obr. 6. Ve střední části jsou základní moduly: VisualProject pro zadání projektu, VisualConfig pro konfiguraci hardwaru robotické buňky včetně komunikace, textový editor programů VisualKRL a diagnostický nástroj VisualAssistance. Dále je v této části softwarový komunikační modul pro připojení volitelných modulů, znázorněných v obr. 4 nahoře: jsou to programovací nástroj Multiprog, simulační nástroj WorkVisual Sim, nástroj pro konfiguraci procesní části výroby VisualProcess a další. Pomocí těchto modulů lze naprogramovat a optimalizovat všechny součásti řídicího systému KR C4 a současně také konfigurovat vstupy a výstupy, mapovat proměnné, připojit cizí kinematiku (např. pro synchronizaci s dopravníkem, který má vlastní řídicí systém) či je využít ke konfiguraci nástrojů Roboteams a SafeRobot 3.0. Hotové programy je možné simulovat v prostorovém modelu robotické buňky a bezpečně vyřešit kolize a jiné konflikty.
 
Katalogové údaje a další informace, které jsou společné pro celý projekt, jsou uloženy v jednotné databázi a lze je naprosto bez omezení použít právě tam, kde jsou třeba.
 
Ve spodní části obr. 4 jsou softwarové moduly pro spojení s reálnou robotickou buňkou, pro komunikaci, nahrávání programů a diagnostiku.
 

Závěr

 
Společnost KUKA Roboter uvedla na trh nové řady výrobků, které boří zažité mýty automatizačních techniků. Dokazují, že větší výkonnost nemusí znamenat větší hmotnost a rozměry a větší spotřebu energie, že řízení robotů se může obejít bez proprietárního hardwaru, komplikujícího jakékoliv případné změny a doplnění robotické linky, že bezpečnostní systém lze bez problémů a s mnoha výhodami integrovat přímo do řídicího systému a že programování, obsluha a údržba robotů mohou být snadné, interaktivní a intuitivní. Více informací o nových produktech lze získat na webové stránce www.automation-becomes-easy.com, nebo přímo u českého zastoupení firmy KUKA Roboter.
Petr Bartošík
 
Obr. 1. Robot Quantec
Obr. 2. Srovnání nového robotu Quantec se starším robotem řady 2000
Obr. 3. Řídicí jednotka KR C4 V
Obr. 4. Ovládací panel KUKA smartPAD
Obr. 5. Jednotné inženýrské a programovací prostředí KUKA.WorkVisual
Obr. 6. Architektura KUKA.WorkVisual