коллаборация роботов

Глаза боятся — роботы делают.
Часть 1. Возможности коллаборации

Опубликовано в номере:
PDF версия
Современные разработки в области робототехники представляют собой усовершенствованные конструкторские решения, способные обеспечить безопасность в специализированных средах, и подразумевают как возможность их совместного функционирования с людьми в общей производственной среде, так и улучшенную интеграцию с другими системами. В статье приведена информация, полученная на трех выставках, которые прошли в США в конце 2016 г.: IMTS (International Manufacturing Technology Show), Pack Expo International и Automation Fair.
Робот, укладывающий поддон на конвейер

Рис. 1. Робот компании Yaskawa Motoman, укладывающий поддон на конвейер с механизированными роликами, который, в свою очередь, является частью паллетайзера Alvey 891i от Intelligrated (часть компании Honeywell)

 Особые требования по безопасности

Компании часто ищут роботов для выполнения задач во вредной для здоровья человека среде, особенно с высокой вероятностью травматизма, а также для работы, где требуется выполнять монотонно повторяющиеся, слишком быстрые или чересчур точные операции. Возможностей использования роботов в таких условиях появляется все больше — что демонстрируют приведенные ниже примеры.

Так, на выставке упаковочного оборудования Pack Expo робот компании Yaskawa Motoman (рис. 1) работал на участке разгрузки поддонов. Он был установлен перед автоматизированной производственной ячейкой рядом с автоматическим укладчиком грузов на поддоны — паллетайзером Alvey 891i компании Intelligrated с интегрированным вертикальным возвратно-поступательным конвейером и конвейером с механизированными роликами, или MDR (Motor Driven Roller).

На этой же выставке компания Denso Robotics продемонстрировала робот, предназначенный для использования в условиях стерильной фармацевтической среды, который может работать с перекисью водорода. Такой робот способен исключить человеческие ошибки и выполнять операции в чистых средах, предотвращающих загрязнение продукта.

Перспективные области применения робототехники включают регенеративную медицину и выращивание клеточных культур. Они требуют такой деликатности и высокой точности, которые еще несколько лет назад были совершенно невозможны. Но, как мы видим, технологические достижения продолжают устранять потенциальные барьеры, особенно в тех сферах, где роботы могут обеспечить безопасность работников.

 

Коллаборативные роботы

Коллаборативные промышленные роботы (коботы, от англ. collaborative robot или cooperative robot) предназначены для физического взаимодействия с людьми в совместной рабочей среде в самых разных промышленных сферах. На Pack Expo 2016 г. коллаборативные роботы и новые возможности для оптимизации производственного процесса, которые они могут предоставить, стали одной из основных тем. В то время как сама по себе автоматизация производственных и технологических процессов уже далеко не нова, ее внедрение по-прежнему определяется таким экономическим показателем, как возврат инвестиций (англ. Return on Investment, ROI), и именно он играет главную роль для многих производителей. Одна из составляющих концепции совместных роботов заключается в том, что, помогая оптимизировать операции, они работают вместе с людьми, а не заменяют их. Внедрение таких роботов позволяет:

  • Снизить риск. Коллаборация — объединение в производственном процессе роботов и человека — позволяет значительно уменьшить риски. Это особенно заметно на предприятиях, где персонал работает в опасной среде или при необходимости вынужден выполнять те или иные производственные и технологические операции в слишком неблагоприятных районах.
  • Улучшить контроль качества и повысить производительность труда. Людям свойственно ошибаться, а роботов можно запрограммировать на выполнение аналогичной работы с более высокой производительностью и без риска для качества. Хотя состояние «здоровья» робота имеет не менее важное значение и для обеспечения оптимальной производительности необходимо время от времени проводить его обслуживание, но его производительность и поведение более предсказуемы, чем у людей.
  • Создать возможности для повышения квалификации и карьерного роста рабочих. Многие люди выражают озабоченность и недовольство по поводу того, что роботы вытесняют их с рабочих мест, но ключевым словом в этой ситуации является «сотрудничество». «Робототехника не заменяет человека, а дает возможность расширить набор навыков работника: так, научившись программировать роботов, рабочий может стать техником по их обслуживанию», — считает Джон Вебер (John Weber), старший менеджер проектов в компании Kawasaki Robotics Inc. (США).
  • Увеличить гибкость. Растущая тенденция к применению коллаборативных роботов уже в кратко­срочной перспективе приведет к их большей гибкости по сравнению с традиционной робототехникой. На выставке Pack Expo компания Kawasaki продемонстрировала двухманипуляторный робот, как раз соответствующий этому утверждению. Для демонстрации своих возможностей роботы duAro работали в специально смоделированной среде по производству мороженого и наполнению им вафельных стаканчиков. Такие роботы могут легко поворачиваться там, где это необходимо (рис. 2). Гибкий двойной манипулятор позволяет использовать их на технологических линиях с коротким производственным циклом и с частыми сменами выпускаемой на них продукции.
  • Сократить затраты. Интеграция производственных роботов в конкретный объект стала более экономичной. Отчасти благодаря тому, что небольшие роботы могут обслуживаться и контролироваться специальными мобильными приложениями.

    Двухманипуляторный робот

    Рис. 2. Двухманипуляторный робот «duAro» компании Kawasaki показывает свои возможности для работы на производстве мороженого

Компания Allied Technology, системный интегратор Universal Robots, продемонстрировала на выставке свое приложение для упаковки и паллетирования продукции с помощью системы машинного зрения и робота-манипулятора UR5, который способен выбирать конфеты из интеллектуального подающего устройства, упорядочивать их по цвету, укомплектовывать в коробку и затем устанавливать коробки на поддоны. Такая гибкость позволяет роботу легко интегрироваться во многие производственные процессы.

«Клиенты могут по мере необходимости добавлять в систему новые продукты, а у манипулятора есть возможность свободно перемещаться по практически любым траекториям, требующимся в связи с ориентацией и местом нахождения продукта, — говорит Грег МакЭнтир (Greg McEntyre), генеральный директор компании HNJ Solutions. — Такой характер поведения манипулятора позволяет нам выйти за пределы машинной среды и автоматически обрабатывать компоненты… в непосредственной близости от производственного персонала».

Коллаборативные роботы чрезвычайно надежны, легко интегрируются с существующими производственными и технологическими линиями и могут решить проблему растущей нехватки производственных рабочих. Использование такой совместно работающей робототехники в будущем должно стать еще проще, поскольку и само производственное оборудование приспосабливается ко все большей автоматизации и соответствующим эксплуатационным преимуществам. Во время международной выставки IMTS компания Universal Robots запустила в Северной Америке уникальную экосистему Universal Robots+. Это магазин приложений для программирования конечных действий роботов и захватов данной компании, а также программного обеспечения для камер видеонаблюдения и других аксессуаров, спроектированных, испытанных и сертифицированных для работы с манипуляторами серии UR. На стендах компании были продемонстрированы некоторые из предлагаемых в UR+ программных приложений от компаний Robotiq, Sick, OnRobot и Airgate.

 

Взаимодействие коботов друг с другом

Как уже говорилось выше, в некоторых сферах применения коллаборативные роботы могут работать в присутствии людей без традиционных защитных ограждений. Также они способны взаимодействовать и друг с другом, как это было показано на презентации от компании Rethink Robotics, проведенной в рамках международной выставки Pack Expo. На рис. 3 представлен робот Sawyer от компании Rethink Robotics, который, используя пневматический привод, поднимает заготовку для коробки, помещает ее на направляющие, формирует коробку и фиксирует ее положение в открытом состоянии. Затем робот Baxter, также представляемый компанией Rethink Robotics, заполняет подготовленную коробку пластиковыми бутылками.

Робот Baxter заполняет коробку, полученную от его «коллеги», робота Sawyer

Рис. 4. Робот Baxter (слева) заполняет коробку, полученную от его «коллеги», робота Sawyer (справа), который использовал для формирования коробки специальные направляющие

Представленные здесь роботы не взаимодействуют друг с другом напрямую, для этого у них имеются встроенное машинное зрение и визуальные индикаторы позиционирования. По словам Томаса Миллера (Thomas Miller), специалиста по продажам и применению продуктов компании Rethink Robotics, все обновления программного обеспечения для роботов бесплатны, и для достижения большей производительности аппаратного обеспечения им можно добавить функциональность и увеличить скорость выполнения операций без внесения каких-либо изменений непосредственно в само оборудование.

Коллаборативные роботы могут использоваться в самых различных сферах, включая обслуживание оборудования, комплектацию и даже сборку осветительных приборов. Например, компания Rethink Robotics недавно отметила, что робот Sawyer сократил время сборки светильников Deco Lighting в 12 раз. Установив Sawyer на каждой сборочной линии, компания Deco Lighting сможет использовать роботов для выпуска продукции и в нерабочее время, что еще больше сократит сроки выполнения заказов для их клиентов.

Беспроводное управление

С целью снижения риска для персонала управлять роботами можно, используя промышленную беспроводную связь, — например, таким образом, как это было продемонстрировано на стенде компании HMS на международной выставке Automation Fair. Точка доступа HMS Anybus Wireless Bolt (габаритные размеры которой меньше хоккейной шайбы) переместила формирование команд управления из общего шкафа управления всем процессом продольной резки непосредственно в шкаф управления роботом Fanuc (рис. 4). Данный робот заменяет лезвия для продольно-резательной машины. Сама по себе беспроводная передача может быть реализована с использованием технологии Bluetooth или WLAN, а собственно подключение выполняется уже посредством последовательного протокола — это могут быть, например, широко используемые протоколы CAN или Ethernet.

Беспроводные точки доступа Anybus Wireless Bolt от HMS

Рис. 4. Беспроводные точки доступа Anybus Wireless Bolt от HMS, расположенные над продольно-резательной машиной, передают роботу Fanuc все необходимые инструкции для замены лезвий

 

 

Интеграция роботов: упрощение автоматизации производственных ячеек

Роботов становится все легче подключать к станкам. Например, система Sinumerik 828 компании Siemens позволяет быстрее и проще подключить роботов к станкам с числовым программным управлением (ЧПУ), которые уже давно стали неотъемлемой частью ячеек автоматизированного оборудования (рис. 5).

Sinumerik 828D и 840D sl от компании Siemens позволяют роботам легко подключаться к станкам для автоматизированных производственных ячеек

Рис. 5. Sinumerik 828D и 840D sl от компании Siemens позволяют роботам легко подключаться к станкам для автоматизированных производственных ячеек

К станкам с ЧПУ, оснащенным системой Sinumerik 828D с интерфейсом Sinumerik Integrate Run MyRobot / EasyConnect, можно подключить любые типы роботов, разработанных разными производителями. Это снимает многие ограничения на выполнение задач обработки деталей. Систему Sinumerik 828D можно устанавливать на оборудование любого уровня и настраивать различные автоматизированные производственные ячейки, включая линии с последовательной обработкой деталей. Причем делать это экономически эффективно и без особых усилий даже при использовании на одной линии различных типов станков с ЧПУ с собственным стандартным интерфейсом. Среди других возможностей настройки автоматизированных производственных ячеек — простая оптимизация выполнения операций на станках, мобильный мониторинг производственного процесса и дистанционное обслуживание.

 

 

Стандартные интерфейсы

Интерфейс для подключения роботов или автоматизированных систем обработки деталей к станкам основан на стандарте, определенном немецкой Ассоциацией машиностроителей (нем. Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken, VDW) и Ассоциацией инженеров Германии (нем. Verband Deutscher Maschinen und Anlagenbau, VDMA). Для упрощения применения роботов подключают через Ethernet (Profinet RT — открытый промышленный стандарт для автоматизации Ethernet PROFIBUS & PROFINET International (PI), который использует TCP/IP- и IT-стандарты, а также режим реального времени) или используют сигналы ввода / вывода. При этом операторы могут легко синхронизировать процессы между обрабатывающим станком и роботами, тем самым повысив эффективность выполнения обработки деталей в автоматизированной производственной ячейке.

Автоматизированный производственный процесс, важным аспектом которого является настройка автоматизированных производственных ячеек, охватывает все стороны, связанные с функционированием станков. Начинается он с подготовительных операций, обеспечивающих доступ всей необходимой информации и данных в станок, и эффективного управления им, в том числе с помощью мобильного терминального оборудования для визуализации условий работы данного оборудования. Для этого компания Siemens предоставляет возможность использовать интеллектуальные функции управления: технологии интеллектуального сенсорного управления интегрируются непосредственно в производственную среду. Кроме того, операторы оборудования могут получить доступ к заводской сети и проверять требования контрактов в своем пользовательском интерфейсе. Эта концепция также включает приложение для подготовки к работе на персональном компьютере, например для создания программ обработки детали.

Еще одним компонентом решения для настройки автоматической ячейки являются функции, облегчающие дистанционную диагностику станков.

Интерфейс Sinumerik Integrate Access MyMachine предоставляет всю необходимую функциональность для удаленной диагностики с использованием корпоративной сети или прямого доступа в Интернет. Основное приложение упрощает обмен данными с подключенными персональными компьютерами с операционной системой Windows. Для адресации в сети предприятия используется IP-адрес. Операторы станков могут обращаться к машине через Интернет, а также, при наличии соответствующей конфигурации, выходить за пределы сети компании. Кроме того, в дополнение к доступу к оборудованию интерфейс Sinumerik Integrate Access MyMachine / Ethernet (ASP) предоставляет возможность выполнить быстрый обзор его истории.

Система ЧПУ Sinumerik позволяет скачивать и загружать машинные данные, различные файлы, регистраторы отключения и информацию по настройке программируемых логических контроллеров. Также она может уведомлять о необычных отклонениях в функционировании оборудования путем рассылки текстовых сообщений (SMS) или по электронной почте. Экономичный мониторинг состояния обеспечивает ASP — технология создания веб-приложений компании Microsoft, посредством которой осуществляется не только идентификация неисправностей, но и комплексная интеграция предоставления сервисов, а также обслуживание оборудования непосредственно на производственном участке.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *