روشی نو برای رباتیک: رباتیک دقیقِ مبتنی بر وب با کنترل متنی ساختاریافته
مکا۵۰۰ با ترکیب الکترونیک کنترلِ تعبیهشده، برنامهنویسی مبتنی بر مرورگر و دقت در حد میکرون، رویکردی فشرده به رباتیک صنعتی ارائه میدهد و آن را به بستری ساده برای اتوماسیون در محیطهای تولید پیشرفت...
رباتیک دقیق بدون نیاز به فضای معمول
استقرار رباتهای صنعتی بهطور سنتی به سه جزء سختافزاری اصلی نیاز داشته است: بازوی رباتیک، کابینت کنترل خارجی بزرگ و تیچپندنتی که از طریق کابلکشی اختصاصی متصل میشود. این معماری طی چند دهه بر اتوماسیون کارخانهها در پلتفرمهایی از FANUC، یاسکاوا و Denso حاکم بوده است. بااینحال، نسل روبهرشدی از رباتهای دقیق و فشرده در حال به چالش کشیدن این فرضیات است.
Mecademic Meca500 نمونهای از این گذار است. این ربات که برای محیطهای مونتاژ با دقت بالا طراحی شده، دقت موقعیتیابی در حد میکرون را با طراحی سختافزاری غیرمعمولاً فشرده ترکیب میکند. مهمتر از آن، روند کاری متداولِ تیچپندنت را با رابطی مبتنی بر مرورگر جایگزین میکند که از طریق ارتباط اترنت کار میکند.
شکل ۱. این ربات، درایوهای سروو و تجهیزات الکترونیکی کنترل را مستقیماً در ساختار پایه ادغام میکند و نیاز به کابینت را به میزان چشمگیری کاهش میدهد.
چرا رباتهای فشرده در حال تغییر راهبردهای یکپارچهسازی هستند
سیستمهای ربات صنعتی سنتی به فضای قابلتوجهی برای محفظه، مسیردهی کابل و برنامهریزی ایمنی نیاز دارند. Meca500 با تعبیه تجهیزات الکترونیکی کنترل در پایه ربات، پیچیدگی تابلو را کاهش میدهد و نصب را برای آزمایشگاهها، سلولهای تولید تجهیزات الکترونیکی و ایستگاههای مونتاژ دقیق سادهتر میکند.
این معماری همچنین نحوه تعامل مهندسان با ربات را تغییر میدهد. کاربران بهجای تکیه بر تیچپندنت دستی اختصاصی، از طریق مرورگر وب و با استفاده از سرور یکپارچه MecaPortal متصل میشوند. هر ایستگاه کاری مهندسی در زیرشبکه محلی میتواند به پایانه برنامهنویسی تبدیل شود.
برای یکپارچهسازهای سیستم که از قبل با تجهیزات صنعتی مبتنی بر اترنت و سیستمهای کنترل توزیعشده آشنا هستند، این روند کاری بیشتر به پیکربندی PLCهای مدرن و تجهیزات لبهای شباهت دارد تا راهاندازی یک کنترلر ربات سنتی.
مجموعههایی که پیشتر سختافزارهای اتوماسیون توزیعشدهای مانند رباتیک ABB یا سیستمهای کنترل PLC/PAC ماژولار را بهکار گرفتهاند، روند گستردهتر صنعت بهسوی معماری غیرمتمرکز ماشین را تشخیص خواهند داد.
اتصالات ایمنی و برق
روند راهاندازی برای مهندسان باتجربه اتوماسیون همچنان آشناست. ربات به یک ماژول رابط اختصاصی ایمنی و برق متصل میشود که برق ورودی AC، اتصال توقف اضطراری و پایش مدار ایمنی خارجی را مدیریت میکند.
پیش از روشنکردن، ربات باید بهطور ایمن نصب شود، زیرا بدنه سبک آن هنگام بازشدن کامل میتواند ناپایدار شود. مهندسان باید در فرایندهای اولیه بازگشت به نقطه مرجع از اتصال ابزار انتهای بازو خودداری کنند تا از برخورد تصادفی با بدنه ربات جلوگیری شود.
شکل ۲. جعبه کنترل ایمنی فشرده، توزیع برق را با مدیریت ورودیهای توقف اضطراری و ایمنی ترکیب میکند.
مرورگر جایگزین تیچپندنت میشود
یکی از جالبترین تصمیمهای مهندسی در طراحی Meca500، حذف کامل تیچپندنت سنتی است. در عوض، ربات رابطی مبتنی بر وب ارائه میدهد که از طریق یک اتصال استاندارد اترنت قابل دسترسی است.
پس از اختصاصدادن ایستگاه کاری مهندسی به زیرشبکه مناسب، کاربران میتوانند مستقیماً از طریق مرورگر به محیط MecaPortal دسترسی پیدا کنند. از اینجا، اپراتورها میتوانند ربات را فعال کنند، فرایندهای بازگشت به نقطه مرجع را اجرا کنند، نشانگرهای وضعیت را پایش کنند و محورها را بهصورت جداگانه حرکت دهند.
این رویکرد چند مزیت عملیاتی دارد. استقرار نرمافزار سادهتر میشود، هزینههای نگهداری سختافزار کاهش مییابد و عیبیابی از راه دور برای تیمهای مهندسی توزیعشده آسانتر میشود.
در عین حال، این رویکرد ملاحظات جدیدی در زمینه امنیت سایبری ایجاد میکند. از آنجا که ربات به اتصال اترنت و دسترسی مرورگری وابسته است، تفکیک شبکه و سیاستهای فایروال صنعتی در محیطهای تولیدی اهمیت روزافزونی پیدا میکنند.
درک چارچوبهای مرجع حرکت
محیط حرکت دستی از چندین سیستم مختصات، از جمله حرکت مفصلی، مختصات جهانی و مختصات ابزار، پشتیبانی میکند. اگرچه این مفاهیم در رباتیک صنعتی استاندارد هستند، پیادهسازی آنها در MecaPortal رابطی سادهتر و دسترسپذیرتر از بسیاری از سیستمهای قدیمی ارائه میدهد.
چارچوب مرجع پایه نسبت به نقطه نصب ربات ثابت میماند، در حالی که چارچوب مرجع جهانی را میتوان برای همراستاشدن با ماشینآلات یا ایستگاههای کاری اطراف جابهجا کرد. چارچوب مرجع ابزار نیز مطابق با ابزار انتهای بازوی نصبشده بهصورت پویا تغییر میکند.
در کاربردهای بسیار دقیق مانند همترازی اپتیکی یا مونتاژ تجهیزات پزشکی، کالیبراسیون دقیق چارچوب اهمیت حیاتی دارد، زیرا حتی انحرافهای کوچک موقعیتی میتوانند کیفیت محصول را به خطر بیندازند.
شکل ۳. رابط MecaPortal مبتنی بر مرورگر، کنترلهای فعالسازی، پایش عملیاتی و عملکردهای حرکت دستی در چارچوبهای مختلف را ارائه میدهد.
رباتهای بسیار دقیق بیشترین ارزش را کجا ایجاد میکنند
Meca500 برای جایگزینشدن با رباتهای صنعتی بزرگِ دارای ظرفیت بار بالا که در محیطهای جوشکاری یا پالتگذاری کار میکنند، طراحی نشده است. نقطه قوت آن در سلولهای اتوماسیون فشردهای است که به تکرارپذیری فوقالعاده نیاز دارند.
کاربردها شامل همترازی اپتیکی، جابهجایی نیمهرسانا، مونتاژ میکرو، اتوماسیون آزمایشگاهی و سامانههای برداشتن و جایگذاری دقیق هستند؛ کاربردهایی که در آنها تکرارپذیری تا چند میکرون مستقیماً بر کیفیت فرایند اثر میگذارد.
ابعاد فشرده آن همچنین این ربات را برای آزمایشگاههای تحقیقاتی، برنامههای اتوماسیون دانشگاهی و سامانههای تولید نمونه اولیه جذاب میکند؛ محیطهایی که در آنها فضای کف و پیچیدگی یکپارچهسازی محدودیتهای مهمی هستند.
شکل ۴. سامانههای رباتیک فشرده بهطور فزایندهای در مونتاژ تجهیزات الکترونیکی و سلولهای اتوماسیون در مقیاس آزمایشگاهی استفاده میشوند.
متن ساختیافته و اتصال PLC فرصتهای جدیدی ایجاد میکنند
شاید مهمترین تغییر، مکانیکی نباشد، بلکه به نرمافزار مربوط شود. Meca500 تجربه برنامهنویسیای ارائه میدهد که بیش از برنامهنویسی سنتی ربات با تیچپندنت، به مهندسی PLC شباهت دارد.
منطق متنی ساختیافته و ارتباط اترنت امکان تعامل نزدیکتر با سختافزارهای خارجی اتوماسیون را فراهم میکنند. مهندسان آشنا با محیطهای IEC 61131-3 میتوانند بدون اتکای کامل به زبانهای اختصاصی ربات، طبیعیتر وارد روندهای کاری یکپارچهسازی ربات شوند.
این همگرایی میان رباتیک و برنامهنویسی PLC بازتابدهنده حرکتی گستردهتر در سراسر اتوماسیون صنعتی است. تولید مدرن بیشازپیش انتظار دارد رباتها، درایوها، کنترلرهای ایمنی، HMIها و I/O توزیعشده بهعنوان تجهیزات شبکهایِ قابل همکاری عمل کنند، نه سیستمهایی مجزا از یکدیگر.
پلتفرمهای Siemens، Beckhoff، Rockwell Automation و دیگر تأمینکنندگان بزرگ اتوماسیون، پیشاپیش حرکت بهسوی محیطهای نرمافزاری یکپارچه را با جدیت دنبال کردهاند. رباتهای فشردهای که از اصول مشابه پیروی میکنند، میتوانند موانع یکپارچهسازی را برای تولیدکنندگان کوچکتر به میزان چشمگیری کاهش دهند.
تغییر واقعی صنعت، سادگی است
بازار رباتیک صنعتی در گذشته تحت سلطه سیستمهای بسیار تخصصیای بوده است که به برنامهنویسان اختصاصی ربات و فرایندهای گسترده راهاندازی نیاز داشتند. این مدل همچنان برای خطوط تولید در مقیاس صنعت خودرو عملکرد خوبی دارد، اما برای سلولهای تولیدی کوچکتر و انعطافپذیر ناکارآمد میشود.
Meca500 نشان میدهد که تولیدکنندگان ربات چگونه در حال بازنگری در سهولت استفاده هستند. رابطهای مبتنی بر مرورگر، کنترلرهای تعبیهشده و تعامل با متن ساختیافته، پیچیدگی سختافزار را کاهش میدهند و در عین حال رباتیک را برای مهندسان کنترل دسترسپذیرتر میکنند.
از دیدگاه مهندسی، این یکی از مهمترین تحولات بلندمدت در اتوماسیون صنعتی است. آینده رباتیک فقط با ظرفیت بار یا سرعت تعریف نخواهد شد. این آینده بیشازپیش با سرعتی تعریف میشود که مهندسان میتوانند سامانههای رباتیک را در محیطهای تولیدی متصل مستقر، یکپارچه، عیبیابی و مقیاسپذیر کنند.
دنیل مرسر | خبرنگار ارشد سامانههای اتوماسیون
دنیل مرسر ۱۴ سال است که رباتیک صنعتی، معماری PLC و سامانههای کنترل حرکت را پوشش میدهد. سوابق او شامل پروژههای یکپارچهسازی سلولهای رباتیک FANUC، پلتفرمهای Siemens SIMATIC، سامانههای حرکت ABB و شبکههای تولیدی مبتنی بر EtherNet/IP در صنایع تجهیزات الکترونیکی و مونتاژ دقیق است.