Нов начин за роботика: прецизната роботика в уеб среда среща управлението чрез структуриран текст

Прецизна роботика без традиционните габарити

Внедряването на индустриални роботи традиционно изисква три основни хардуерни компонента: роботизирано рамо, голям външен шкаф с контролер и програматор, свързан чрез специално окабеляване. Тази архитектура доминира фабричната автоматизация от десетилетия при платформи на FANUC, Yaskawa и Denso. Въпреки това новото поколение компактни прецизни роботи започва да поставя тези допускания под въпрос.

Mecademic Meca500 е един от примерите за този преход. Създаден за среди за сглобяване с висока точност, роботът съчетава прецизност на позициониране на микронно ниво с необичайно компактен хардуерен дизайн. По-важното е, че заменя традиционния работен процес с програматор с интерфейс, базиран на браузър и използващ Ethernet комуникация.

Фигура 1. Роботът интегрира серво задвижванията и управляващата електроника директно в основната конструкция, което значително намалява необходимостта от шкафове.

Защо компактните роботи променят стратегиите за интеграция

Традиционните индустриални роботизирани системи изискват значително пространство за шкафове, прокарване на кабели и планиране на мерките за безопасност. Чрез вграждането на управляващата електроника в основата на робота Meca500 намалява сложността на таблото и улеснява инсталацията в лаборатории, клетки за производство на електроника и станции за прецизно сглобяване.

Тази архитектура променя и начина, по който инженерите взаимодействат с робота. Вместо да разчитат на специализиран ръчен програматор, потребителите се свързват чрез уеб браузър, използвайки интегрирания сървър MecaPortal. Всеки инженерен компютър в локалната подмрежа може да се превърне в терминал за програмиране.

За системните интегратори, които вече са запознати с индустриални устройства, базирани на Ethernet, и разпределени системи за управление, този работен процес наподобява повече конфигурирането на съвременни PLC и периферни устройства, отколкото въвеждането в експлоатация на традиционен контролер за робот.

Обектите, в които вече се внедрява разпределен хардуер за автоматизация, като ABB Robotics или модулни системи за управление PLC/PAC, ще разпознаят по-широката тенденция в индустрията към децентрализирана архитектура на машините.

Връзки за безопасност и захранване

Процедурата по стартиране остава позната на опитните инженери по автоматизация. Роботът се свързва към специален интерфейсен модул за безопасност и захранване, който управлява захранването с променлив ток, интеграцията на аварийния стоп и наблюдението на външните вериги за безопасност.

Преди включване роботът трябва да бъде надеждно закрепен, тъй като лекото му тяло може да стане нестабилно при напълно изпънато рамо. Инженерите трябва да избягват монтирането на инструменти в края на рамото по време на първоначалните процедури за установяване на начална позиция, за да предотвратят случаен сблъсък с тялото на робота.

Фигура 2. Компактната кутия за управление на безопасността съчетава разпределение на захранването с управление на аварийния стоп и входовете за безопасност.

Браузърът се превръща в програматор

Едно от най-интересните инженерни решения при Meca500 е пълното премахване на традиционния програматор. Вместо това роботът предоставя уеб базиран интерфейс, достъпен чрез стандартна Ethernet връзка.

След като инженерният компютър бъде настроен към подходящата подмрежа, потребителите могат да получат директен достъп до средата MecaPortal чрез браузър. Оттам операторите могат да активират робота, да изпълняват процедури за установяване на начална позиция, да наблюдават индикаторите за състоянието и да придвижват отделните оси.

Този подход предоставя няколко оперативни предимства. Внедряването на софтуера става по-просто, разходите за хардуерна поддръжка намаляват, а дистанционната диагностика се улеснява за разпределените инженерни екипи.

Същевременно подходът въвежда нови съображения, свързани с киберсигурността. Тъй като роботът зависи от Ethernet свързаност и достъп чрез браузър, сегментирането на мрежата и политиките за индустриални защитни стени стават все по-важни в производствена среда.

Разбиране на референтните координатни системи за движение

Средата за ръчно придвижване поддържа множество координатни системи, включително движение по стави, световни координати и координати на инструмента. Макар тези концепции да са стандартни в индустриалната роботика, реализацията им в MecaPortal ги представя чрез по-изчистен и достъпен интерфейс в сравнение с много наследени системи.

Базовата референтна система остава фиксирана към монтажната точка на робота, докато световната референтна система може да бъде изместена, за да се подравни с прилежащи машини или работни станции. Референтната система на инструмента се променя динамично според монтирания краен ефектор.

При приложения с висока точност, като юстиране на оптика или медицинско сглобяване, прецизното калибриране на координатните системи става критично, тъй като дори малки отклонения в позицията могат да влошат качеството на продукта.

Фигура 3. Базираният на браузър интерфейс MecaPortal предоставя средства за активиране, оперативен мониторинг и ръчно придвижване в множество координатни системи.

Къде прецизните роботи с висока точност носят най-голяма полза

Meca500 не е предназначен да замени индустриалните роботи с голям полезен товар, работещи в приложения за заваряване или палетизиране. Неговата сила е в компактните автоматизирани клетки, изискващи изключителна повторяемост.

Приложенията включват юстиране на оптика, работа с полупроводници, микро-сглобяване, лабораторна автоматизация и системи за прецизно вземане и поставяне, при които повторяемостта до няколко микрона оказва пряко влияние върху качеството на процеса.

Компактните му габарити го правят привлекателен и за изследователски лаборатории, университетски програми по автоматизация и системи за прототипно производство, при които площта и сложността на интеграцията са сериозни ограничения.

Фигура 4. Компактните роботизирани системи се използват все по-често за сглобяване на електроника и автоматизирани клетки в лабораторен мащаб.

Структурираният текст и свързването с PLC откриват нови възможности

Може би най-значимата промяна не е механична, а свързана със софтуера. Meca500 въвежда програмиране, което повече наподобява инженерната работа с PLC, отколкото традиционното програмиране на роботи чрез програматор.

Логиката със структуриран текст и Ethernet комуникацията позволяват по-тясно взаимодействие с външен хардуер за автоматизация. Инженерите, запознати със среди по IEC 61131-3, могат по-естествено да преминат към работни процеси за интеграция на роботи, без да разчитат изцяло на специализирани езици за роботи.

Това сближаване между роботиката и PLC програмирането отразява по-широко движение в индустриалната автоматизация. Съвременното производство все по-често очаква роботите, задвижванията, контролерите за безопасност, HMI и разпределените I/O модули да функционират като оперативно съвместими мрежови компоненти, а не като изолирани системи.

Платформи от Siemens, Beckhoff, Rockwell Automation и други водещи доставчици на системи за автоматизация вече активно насърчават унифицирани софтуерни среди. Компактните роботи, възприемащи сходни принципи, могат значително да намалят бариерите пред интеграцията за по-малките производители.

Истинската промяна в индустрията е простотата

Пазарът на индустриална роботика исторически е доминиран от високоспециализирани системи, изискващи специализирани програмисти на роботи и продължителни процедури по въвеждане в експлоатация. Този модел все още работи добре при производствени линии с мащаба на автомобилната индустрия, но става неефективен за по-малки и гъвкави производствени клетки.

Meca500 показва как производителите на роботи започват да преосмислят удобството при използване. Интерфейсите, базирани на браузър, вградените контролери и взаимодействието чрез структуриран текст намаляват хардуерната сложност, като същевременно правят роботиката по-достъпна за инженерите по управление.

От инженерна гледна точка това е едно от най-важните дългосрочни развития в индустриалната автоматизация. Бъдещето на роботиката няма да се определя само от полезния товар или скоростта. То все повече ще се определя от това колко бързо инженерите могат да внедряват, интегрират, отстраняват неизправности и мащабират роботизирани системи в свързани производствени среди.

Daniel Mercer | Старши репортер за системи за автоматизация

Daniel Mercer отразява индустриалната роботика, PLC архитектурата и системите за управление на движението от 14 години. Професионалният му опит включва интеграционни проекти с роботизирани клетки FANUC, платформи Siemens SIMATIC, системи за управление на движението ABB и производствени мрежи, базирани на EtherNet/IP, в индустриите за електроника и прецизно сглобяване.