KONICA MINOLTA

Aktuální vydání

celé číslo

11

2019

Využití robotů, dopravníků a manipulační techniky ve výrobních linkách

Průmyslové a servisní roboty

celé číslo

Sysmac: platforma pro řízení robotů

Odvětví balicí a manipulační techniky se vyznačuje narůstajícím podílem robotů. V těchto odvětvích zpravidla není nutné využívat klasické průmyslové roboty se šesti stupni volnosti. Prosazují se roboty se čtyřmi stupni volnosti. Tři stupně volnosti jsou využívány k manipulaci s předmětem v prostoru a čtvrtý stupeň tvoří rotační osa pro jeho otáčení. Typickým zástupcem těchto robotů jsou roboty SCARA a delta.

Roboty delta

Roboty delta patří mezi roboty s paralelní kinematickou strukturou (obr. 1). Jejich první konstrukci představil koncem 80. let minulého století profesor Reymond Clavel ze Švýcarského národního technického institutu. Robot delta převádí otáčení tří poháněných kloubů do jediného pohybu robotického nástroje v třírozměrném prostoru. Pohyb je obvykle popisován v kartézských souřadnicích. Poháněné klouby jsou umístěny souměrně v kruhu, každý pár pod úhlem 120°. Noha robotu se skládá ze dvou článků a tří kloubů. Poslední dva klouby jsou pasivní. Pracovní prostor robotu je dán jeho mechanickou konstrukcí a je tvořen válcem a komolým kuželem o malé výšce.
 
Roboty delta se ve srovnání s ostatními typy robotů vyznačují bezkonkurenční rychlostí manipulace. Díky lehké konstrukci je robot určen zejména k velmi rychlé manipulaci s lehkými předměty v úlohách typu pick and place. Typicky dosahují 150 až 200 manipulačních cyklů za minutu.
 
Společnost Omron má v nabídce roboty delta ve dvou základních mechanických provedeních. Větší z nich má manipulační prostor o průměru 1 100 mm a výšce 450 mm. Jednotlivá ramena pohánějí tři servopohony o výkonu 1 kW a max. otáčkách 5 000 min–1 a rotační osu pohání servomotor o výkonu 500 W. Motory jsou osazeny absolutními snímači polohy, zajišťujícími okamžitou funkci robotu po zapnutí napájení bez nutnosti vyhledávat výchozí polohu. Maximální hmotnost manipulovaného předmětu je u této varianty 3 kg. Minirobot delta se vyznačuje manipulačním prostorem o průměru 500 mm a výšce 155 mm. Je osazen servomotory o výkonu 400 W s absolutními snímači polohy. Maximální hmotnost manipulovaného břemene je 1 kg. Opakovatelná přesnost manipulace u robotů delta je ±0,2 mm pro osy X, Y, Z a ±0,1° pro rotační osu R při dosažení až 200 manipulačních cyklů za minutu.
 
Rozvoj robotů delta byl umožněn vývojem jak v oblasti materiálů a jejich zpracování, tak i v oblasti řídicích systémů a průmyslových komunikačních sběrnic. Řízení robotů delta společnosti Omron zajišťuje řídicí systém Sysmac NJ501, založený na jednotné platformě Sysmac, a rychlá deterministická komunikační sběrnice EtherCAT. Řídicí systém Sysmac NJ501 umožňuje řízení až osmi robotů delta v komunikačním cyklu 2 ms nebo čtyř robotů delta v cyklu 1 ms. Systém obsahuje funkční bloky pro řízení robotů delta, definici mechanické konstrukce robotu, definici uživatelských souřadnic, funkci pro synchronizaci robotu s dopravníkem apod. K transformaci kartézských souřadnic na souřadnice ramen robotu delta je využíván Sysmac NJ501 na systémové úrovni bez nutnosti zásahu programátora. Řídicí systém Sysmac NJ501 podporuje integraci kamerových systémů pro navádění robotu, jež jsou nutné zejména v úlohách pick and place (obr. 2).
 

Roboty SCARA

Roboty SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) vznikly roku 1978 na univerzitě Yamanashi v Japonsku. Vyznačují se vynikajícím poměrem rychlosti manipulace, přesnosti a hmotnosti zátěže. Uplatnění nalézají jak v úlohách typu pick and place, tak i při montážních operacích v elektrotechnickém průmyslu nebo při montáži dílčích celků v automobilovém průmyslu. Robot SCARA se skládá ze dvou ramen pohybujících se v rovině XY a osy Z kolmé k rovině ramen (obr. 3). Rotaci předmětu zajišťuje osa R.
 
Roboty SCARA od firmy Omron se vyznačují kompaktní konstrukcí, malou hmotností a vynikajícím poměrem nosnosti a hmotnosti robotu. Kompaktní konstrukce, velká dynamika a přesnost jsou dány zejména převody bez řemenů a použitím harmonických převodovek. V ose Z je motor osazen přímo na kuličkový šroub. Standardní dosah robotu je podle typu 120 až 1 200 mm a zdvih 50 až 400 mm. Maximální hmotnost zátěže je 50 kg. Kromě standardního provedení jsou k dispozici také varianty pro čisté prostory, provedení odolné proti prachu a závěsné provedení.
 
Robot SCARA od firmy Omron může být používán samostatně a řízen pomocí samostatné kompaktní řídicí jednotky. Ke komunikaci s řídicími systémy třetích stran je možné využít průmyslové sběrnice DeviceNet, Profibus-DP nebo Ethernet. Další možností použití robotů Omron je jejich začlenění do platformy Sysmac: řízení jednoho nebo několika robotů SCARA zajišťuje řídicí systém Sysmac NJ501, jednotlivé pohony jsou synchronizovány pomocí sběrnice EtherCat. Je podporováno řízení až osmi robotů SCARA z jednoho řídicího systému a integrace kamerových systémů a externích snímačů polohy nutných pro synchronizaci robotu s dopravníkem pro úlohy pick and place.
 

Kamerové systémy pro robotické aplikace

Pro detekci výrobků na dopravníku a jejich sběr (pick and place) lze s výhodou použít jednoduchý kamerový systém FQ-M. Tento kamerový systém je standardně vybaven komunikačními rozhraními EtherCAT a Ethernet, a umožňuje tedy integraci do robotických pracovišť s roboty delta i roboty SCARA. Důležitou vlastností tohoto kamerového systému je podpora připojení externího snímače polohy pro zajištění synchronizace snímání výrobků na pohybujícím se dopravníku a zamezení opakované detekce výrobků, jejichž souřadnice již byly odeslány do systému řízení robotu. Je podporována detekce až třiceti výrobků v jednom snímku a rychlost vyhodnocení je až 5 000 výrobků za minutu. Kamerový systém FQ-M je velmi výhodné použít právě v kombinaci s roboty SCARA a delta, nalezne ovšem uplatnění i v jiných úlohách detekce výrobků.
 
Pro náročné úlohy vyhodnocení obrazu jsou určeny komplexní kamerové systémy FH (obr. 4). Jedna vyhodnocovací jednotka kamerového systému FH podporuje připojení až osmi kamer s rozlišením až 12 MPx a dvou externích inkrementálních snímačů. Velký výkon kamerového systému zajišťuje čtyřjádrový procesor o taktu 2,1 GHz. Systém FH obsahuje rozsáhlou knihovnu algoritmů pro zpracování a vyhodnocení obrazu. K integraci do platformy Sysmac a do robotických pracovišť je určeno rozhraní komunikačních sběrnic EtherCAT a EtherNet/IP. Tento systém umožňuje kromě navádění robotu realizovat také složitější vyhodnocení a kontrolu výrobku.
 

Závěr

Robotická pracoviště pro sběr výrobků z dopravníku a manipulaci s nimi se stávají běžnou součástí linek. Pro tyto úlohy jsou v nabídce společnosti Omron zejména roboty SCARA a delta. Integrace robotických úloh v platformě Sysmac umožňuje v rámci jednoho řídicího systému vytvářet komplexní automatizovaná pracoviště kombinující řízení běžné a robotické části. Nespornou výhodou je možnost řídit několik robotů z jednoho systému.
 
Společnost Omron Europe otevřela v roce 2012 ve španělské Barceloně centrum aplikované mechatroniky ATC, kde je mj. vyvíjen software a aplikační knihovny pro řízení pohybu na platformě Sysmac. ATC nabízí zákazníkům z celé Evropy jedinečnou možnost prohlédnout si, otestovat a naživo vyzkoušet nejpokročilejší techniku.
 
Ing. Zdeněk Havlíček,
 
Obr. 1. Robot delta
Obr. 2. Řídicí systém Sysmac NJ-501 řídí robot delta a propojuje jej s naváděcím kamerovým systémem
Obr. 3. Robot SCARA
Obr. 4. K vyhodnocovací jednotce kamerového systému FH lze připojit až osm kamer