หุ่นยนต์ความแม่นยำสูงโดยไม่ต้องใช้พื้นที่ติดตั้งแบบเดิม

การติดตั้งหุ่นยนต์อุตสาหกรรมแต่เดิมมักต้องใช้อุปกรณ์ฮาร์ดแวร์หลักสามส่วน ได้แก่ แขนหุ่นยนต์ ตู้ควบคุมภายนอกขนาดใหญ่ และทีชเพนแดนต์ที่เชื่อมต่อผ่านสายเคเบิลเฉพาะ สถาปัตยกรรมดังกล่าวครองตลาดระบบอัตโนมัติในโรงงานมานานหลายทศวรรษ ครอบคลุมแพลตฟอร์มจาก FANUC, Yaskawa และ Denso อย่างไรก็ตาม หุ่นยนต์ความแม่นยำสูงขนาดกะทัดรัดรุ่นใหม่ที่เพิ่มจำนวนขึ้นกำลังเริ่มท้าทายแนวคิดเหล่านี้

Mecademic Meca500 เป็นหนึ่งในตัวอย่างของการเปลี่ยนผ่านนี้ หุ่นยนต์รุ่นนี้ได้รับการออกแบบมาสำหรับสภาพแวดล้อมการประกอบที่ต้องการความแม่นยำสูง โดยผสานความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งระดับไมครอนเข้ากับการออกแบบฮาร์ดแวร์ที่กะทัดรัดเป็นพิเศษ ที่สำคัญกว่านั้นคือ หุ่นยนต์รุ่นนี้แทนที่กระบวนการทำงานแบบทีชเพนแดนต์ทั่วไปด้วยอินเทอร์เฟซบนเบราว์เซอร์ที่ทำงานผ่านการสื่อสารอีเทอร์เน็ต

รูปที่ 1 หุ่นยนต์ผสานเซอร์โวไดรฟ์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุมไว้โดยตรงในโครงสร้างฐาน ช่วยลดความจำเป็นในการใช้ตู้ควบคุมลงอย่างมาก

เหตุใดหุ่นยนต์ขนาดกะทัดรัดจึงกำลังเปลี่ยนแนวทางการผสานระบบ

ระบบหุ่นยนต์อุตสาหกรรมแบบเดิมต้องใช้พื้นที่ตู้ควบคุม การเดินสายเคเบิล และการวางแผนด้านความปลอดภัยเป็นอย่างมาก การฝังอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุมไว้ภายในฐานหุ่นยนต์ช่วยให้ Meca500 ลดความซับซ้อนของแผงควบคุม และทำให้การติดตั้งในห้องปฏิบัติการ เซลล์การผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และสถานีประกอบความแม่นยำสูงทำได้ง่ายขึ้น

สถาปัตยกรรมนี้ยังเปลี่ยนวิธีที่วิศวกรโต้ตอบกับหุ่นยนต์ด้วย แทนที่จะพึ่งพาทีชเพนแดนต์แบบมือถือที่เป็นกรรมสิทธิ์ ผู้ใช้สามารถเชื่อมต่อผ่านเว็บเบราว์เซอร์โดยใช้เซิร์ฟเวอร์ MecaPortal ที่ติดตั้งมาในตัว คอมพิวเตอร์สำหรับงานวิศวกรรมเครื่องใดก็ตามในซับเน็ตเดียวกันสามารถทำหน้าที่เป็นเทอร์มินัลสำหรับเขียนโปรแกรมได้

สำหรับผู้ผสานระบบที่คุ้นเคยกับอุปกรณ์อุตสาหกรรมบนอีเทอร์เน็ตและระบบควบคุมแบบกระจายอยู่แล้ว กระบวนการทำงานนี้ให้ความรู้สึกใกล้เคียงกับการกำหนดค่า PLC และอุปกรณ์เอดจ์สมัยใหม่ มากกว่าการเริ่มใช้งานตัวควบคุมหุ่นยนต์แบบเดิม

โรงงานที่ติดตั้งฮาร์ดแวร์ระบบอัตโนมัติแบบกระจายอยู่แล้ว เช่น ABB Robotics หรือ ระบบควบคุม PLC/PAC แบบโมดูลาร์ จะมองเห็นแนวโน้มที่กว้างขึ้นของอุตสาหกรรมไปสู่สถาปัตยกรรมเครื่องจักรแบบกระจายศูนย์

การเชื่อมต่อด้านความปลอดภัยและแหล่งจ่ายไฟ

ขั้นตอนการเริ่มต้นใช้งานยังคงคุ้นเคยสำหรับวิศวกรระบบอัตโนมัติที่มีประสบการณ์ หุ่นยนต์จะเชื่อมต่อกับโมดูลอินเทอร์เฟซด้านความปลอดภัยและแหล่งจ่ายไฟโดยเฉพาะ ซึ่งทำหน้าที่จัดการไฟฟ้ากระแสสลับ การเชื่อมต่อระบบหยุดฉุกเฉิน และการตรวจสอบวงจรความปลอดภัยภายนอก

ก่อนจ่ายไฟ หุ่นยนต์ต้องได้รับการยึดติดอย่างมั่นคง เนื่องจากตัวหุ่นยนต์ที่มีน้ำหนักเบาอาจเสียสมดุลเมื่อกางออกจนสุด วิศวกรควรหลีกเลี่ยงการติดตั้งอุปกรณ์ปลายแขนหุ่นยนต์ในระหว่างขั้นตอนโฮมครั้งแรก เพื่อป้องกันการชนกับตัวหุ่นยนต์โดยไม่ตั้งใจ

รูปที่ 2 กล่องควบคุมความปลอดภัยขนาดกะทัดรัดผสานการจ่ายไฟเข้ากับการจัดการระบบหยุดฉุกเฉินและอินพุตด้านความปลอดภัย

เมื่อเบราว์เซอร์กลายเป็นทีชเพนแดนต์

หนึ่งในการตัดสินใจด้านวิศวกรรมที่น่าสนใจที่สุดของ Meca500 คือการถอดทีชเพนแดนต์แบบเดิมออกทั้งหมด แทนที่ด้วยอินเทอร์เฟซบนเว็บที่เข้าถึงได้ผ่านการเชื่อมต่ออีเทอร์เน็ตมาตรฐาน

หลังจากกำหนดให้คอมพิวเตอร์สำหรับงานวิศวกรรมอยู่ในซับเน็ตที่เหมาะสมแล้ว ผู้ใช้สามารถเข้าถึงสภาพแวดล้อม MecaPortal ได้โดยตรงผ่านเบราว์เซอร์ จากนั้นผู้ปฏิบัติงานสามารถเปิดใช้งานหุ่นยนต์ ดำเนินขั้นตอนโฮม ตรวจสอบไฟแสดงสถานะ และขยับแกนแต่ละแกนได้

แนวทางนี้มอบข้อได้เปรียบด้านการปฏิบัติงานหลายประการ การติดตั้งซอฟต์แวร์ทำได้ง่ายขึ้น ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาฮาร์ดแวร์ลดลง และการวิเคราะห์ปัญหาจากระยะไกลทำได้สะดวกขึ้นสำหรับทีมวิศวกรรมแบบกระจาย

ขณะเดียวกัน แนวทางนี้ก็นำมาซึ่งข้อควรพิจารณาด้านความปลอดภัยทางไซเบอร์รูปแบบใหม่ เนื่องจากหุ่นยนต์พึ่งพาการเชื่อมต่ออีเทอร์เน็ตและการเข้าถึงผ่านเบราว์เซอร์ การแบ่งส่วนเครือข่ายและนโยบายไฟร์วอลล์อุตสาหกรรมจึงมีความสำคัญเพิ่มขึ้นในสภาพแวดล้อมการผลิต

ทำความเข้าใจเฟรมอ้างอิงการเคลื่อนที่

สภาพแวดล้อมสำหรับการขยับหุ่นยนต์รองรับระบบพิกัดหลายรูปแบบ ได้แก่ การเคลื่อนที่ของข้อต่อ พิกัดโลก และพิกัดเครื่องมือ แม้แนวคิดเหล่านี้จะเป็นมาตรฐานในงานหุ่นยนต์อุตสาหกรรม แต่การนำเสนอใน MecaPortal มีอินเทอร์เฟซที่สะอาดและเข้าถึงได้ง่ายกว่าระบบรุ่นเก่าหลายระบบ

เฟรมอ้างอิงฐานจะคงที่ตามจุดยึดติดของหุ่นยนต์ ขณะที่เฟรมอ้างอิงโลกสามารถเลื่อนตำแหน่งให้สอดคล้องกับเครื่องจักรหรือสถานีงานโดยรอบได้ ส่วนเฟรมอ้างอิงเครื่องมือจะเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกตามอุปกรณ์ปลายแขนที่ติดตั้ง

สำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำสูง เช่น การจัดแนวออปติกหรือการประกอบอุปกรณ์ทางการแพทย์ การสอบเทียบเฟรมอย่างแม่นยำถือเป็นสิ่งสำคัญ เพราะค่าคลาดเคลื่อนของตำแหน่งแม้เพียงเล็กน้อยก็อาจส่งผลกระทบต่อคุณภาพผลิตภัณฑ์ได้

รูปที่ 3 อินเทอร์เฟซ MecaPortal บนเบราว์เซอร์มีส่วนควบคุมการเปิดใช้งาน การตรวจสอบการทำงาน และฟังก์ชันขยับหุ่นยนต์ด้วยเฟรมหลายรูปแบบ

หุ่นยนต์ความแม่นยำสูงสร้างคุณค่าได้มากที่สุดที่ใด

Meca500 ไม่ได้มีจุดประสงค์เพื่อทดแทนหุ่นยนต์อุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่ทำงานกับน้ำหนักบรรทุกสูงในสภาพแวดล้อมการเชื่อมหรือการจัดเรียงสินค้าบนพาเลต แต่จุดแข็งของหุ่นยนต์รุ่นนี้อยู่ที่เซลล์ระบบอัตโนมัติขนาดกะทัดรัดซึ่งต้องการความสามารถในการทำซ้ำที่ยอดเยี่ยม

การใช้งานรวมถึงการจัดแนวออปติก การจัดการเซมิคอนดักเตอร์ การประกอบชิ้นส่วนขนาดจิ๋ว ระบบอัตโนมัติในห้องปฏิบัติการ และระบบหยิบจับและวางที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งความสามารถในการทำซ้ำในระดับไม่กี่ไมครอนส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของกระบวนการ

ขนาดกะทัดรัดยังทำให้หุ่นยนต์รุ่นนี้เหมาะกับห้องปฏิบัติการวิจัย โครงการระบบอัตโนมัติในมหาวิทยาลัย และระบบการผลิตต้นแบบที่มีข้อจำกัดสำคัญด้านพื้นที่และความซับซ้อนในการผสานระบบ

รูปที่ 4 ระบบหุ่นยนต์ขนาดกะทัดรัดถูกนำมาใช้เพิ่มขึ้นในการประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเซลล์ระบบอัตโนมัติระดับห้องปฏิบัติการ

Structured Text และการเชื่อมต่อกับ PLC เปิดโอกาสใหม่

การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญที่สุดอาจไม่ได้อยู่ที่ด้านกลไก แต่อยู่ที่ซอฟต์แวร์ Meca500 นำเสนอประสบการณ์การเขียนโปรแกรมที่ให้ความรู้สึกใกล้เคียงกับงานวิศวกรรม PLC มากกว่าการเขียนโปรแกรมหุ่นยนต์ด้วยทีชเพนแบบเดิม

ลอจิก Structured Text และการสื่อสารผ่านอีเทอร์เน็ตช่วยให้ทำงานร่วมกับฮาร์ดแวร์ระบบอัตโนมัติภายนอกได้แน่นแฟ้นยิ่งขึ้น วิศวกรที่คุ้นเคยกับสภาพแวดล้อม IEC 61131-3 สามารถเปลี่ยนผ่านเข้าสู่กระบวนการผสานระบบหุ่นยนต์ได้อย่างเป็นธรรมชาติมากขึ้น โดยไม่ต้องพึ่งพาภาษาหุ่นยนต์ที่เป็นกรรมสิทธิ์เพียงอย่างเดียว

การหลอมรวมระหว่างหุ่นยนต์กับการเขียนโปรแกรม PLC นี้สะท้อนการเคลื่อนไหวที่กว้างขึ้นในระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม ปัจจุบันภาคการผลิตคาดหวังให้หุ่นยนต์ ไดรฟ์ ตัวควบคุมความปลอดภัย HMI และ I/O แบบกระจาย ทำงานเป็นอุปกรณ์บนเครือข่ายที่ทำงานร่วมกันได้ แทนที่จะเป็นระบบแยกขาดจากกัน

แพลตฟอร์มจาก Siemens, Beckhoff, Rockwell Automation และผู้จัดจำหน่ายระบบอัตโนมัติรายใหญ่อื่น ๆ ต่างผลักดันสภาพแวดล้อมซอฟต์แวร์แบบรวมเป็นหนึ่งอย่างจริงจังมาแล้ว หุ่นยนต์ขนาดกะทัดรัดที่นำหลักการคล้ายกันมาใช้มีแนวโน้มช่วยลดอุปสรรคในการผสานระบบสำหรับผู้ผลิตรายเล็กได้อย่างมาก

การเปลี่ยนแปลงที่แท้จริงของอุตสาหกรรมคือความเรียบง่าย

ตลาดหุ่นยนต์อุตสาหกรรมในอดีตถูกครองโดยระบบเฉพาะทางอย่างสูง ซึ่งต้องใช้โปรแกรมเมอร์หุ่นยนต์โดยเฉพาะและขั้นตอนการเริ่มใช้งานที่ซับซ้อน โมเดลดังกล่าวยังคงทำงานได้ดีสำหรับสายการผลิตขนาดเทียบเท่าอุตสาหกรรมยานยนต์ แต่จะไม่มีประสิทธิภาพเท่าใดนักสำหรับเซลล์การผลิตขนาดเล็กที่ต้องการความยืดหยุ่น

Meca500 แสดงให้เห็นว่าผู้ผลิตหุ่นยนต์กำลังเริ่มคิดทบทวนเรื่องความง่ายในการใช้งานอย่างไร อินเทอร์เฟซบนเบราว์เซอร์ ตัวควบคุมในตัว และการโต้ตอบด้วย Structured Text ช่วยลดความซับซ้อนของฮาร์ดแวร์ พร้อมทำให้หุ่นยนต์เข้าถึงได้ง่ายขึ้นสำหรับวิศวกรระบบควบคุม

จากมุมมองด้านวิศวกรรม นี่คือหนึ่งในการพัฒนาระยะยาวที่สำคัญที่สุดในระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม อนาคตของหุ่นยนต์จะไม่ได้ถูกกำหนดโดยน้ำหนักบรรทุกหรือความเร็วเพียงอย่างเดียว แต่จะถูกกำหนดมากขึ้นด้วยความรวดเร็วที่วิศวกรสามารถติดตั้ง ผสานระบบ แก้ไขปัญหา และขยายระบบหุ่นยนต์ไปยังสภาพแวดล้อมการผลิตที่เชื่อมต่อถึงกันได้

Daniel Mercer | ผู้สื่อข่าวอาวุโสด้านระบบอัตโนมัติ

Daniel Mercer ทำงานรายงานข่าวด้านหุ่นยนต์อุตสาหกรรม สถาปัตยกรรม PLC และระบบควบคุมการเคลื่อนที่มาเป็นเวลา 14 ปี ประสบการณ์ของเขาครอบคลุมโครงการผสานระบบที่เกี่ยวข้องกับเซลล์หุ่นยนต์ FANUC แพลตฟอร์ม Siemens SIMATIC ระบบควบคุมการเคลื่อนที่ ABB และเครือข่ายการผลิตที่ใช้ EtherNet/IP ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และการประกอบชิ้นส่วนความแม่นยำสูง