วิธีใหม่ในการควบคุมหุ่นยนต์: หุ่นยนต์ความแม่นยำสูงบนเว็บพบกับการควบคุมด้วยข้อความที่มีโครงสร้าง

หุ่นยนต์ความแม่นยำสูงโดยไม่ต้องใช้พื้นที่ติดตั้งแบบเดิม

การติดตั้งใช้งานหุ่นยนต์อุตสาหกรรมแต่เดิมต้องใช้อุปกรณ์ฮาร์ดแวร์หลักสามส่วน ได้แก่ แขนหุ่นยนต์ ตู้ควบคุมภายนอกขนาดใหญ่ และทีชเพนแดนต์ที่เชื่อมต่อผ่านสายเคเบิลเฉพาะ สถาปัตยกรรมดังกล่าวครองตลาดระบบอัตโนมัติในโรงงานมานานหลายทศวรรษ ครอบคลุมแพลตฟอร์มจาก FANUC, Yaskawa และ Denso อย่างไรก็ตาม หุ่นยนต์ความแม่นยำสูงรุ่นกะทัดรัดที่เพิ่มจำนวนขึ้นกำลังเริ่มท้าทายแนวคิดเหล่านี้

Mecademic Meca500 เป็นหนึ่งในตัวอย่างของการเปลี่ยนผ่านนี้ หุ่นยนต์รุ่นนี้ออกแบบมาสำหรับสภาพแวดล้อมการประกอบที่ต้องการความแม่นยำสูง โดยผสานความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งระดับไมครอนเข้ากับการออกแบบฮาร์ดแวร์ที่กะทัดรัดเป็นพิเศษ ที่สำคัญยิ่งกว่านั้นคือ หุ่นยนต์รุ่นนี้แทนที่ขั้นตอนการทำงานแบบทีชเพนแดนต์ทั่วไปด้วยอินเทอร์เฟซบนเบราว์เซอร์ที่ทำงานผ่านการสื่อสาร Ethernet

รูปที่ 1 หุ่นยนต์ผสานเซอร์โวไดรฟ์และอิเล็กทรอนิกส์ควบคุมไว้โดยตรงในโครงสร้างฐาน ช่วยลดความจำเป็นในการใช้ตู้ควบคุมลงอย่างมาก

เหตุใดหุ่นยนต์ขนาดกะทัดรัดจึงกำลังเปลี่ยนกลยุทธ์การติดตั้งระบบ

ระบบหุ่นยนต์อุตสาหกรรมแบบเดิมต้องใช้พื้นที่ตู้ควบคุมมาก การเดินสายเคเบิลที่ซับซ้อน และการวางแผนด้านความปลอดภัยอย่างรอบคอบ การติดตั้งอิเล็กทรอนิกส์ควบคุมไว้ภายในฐานหุ่นยนต์ช่วยให้ Meca500 ลดความซับซ้อนของแผงควบคุมและทำให้การติดตั้งง่ายขึ้นสำหรับห้องปฏิบัติการ เซลล์การผลิตอิเล็กทรอนิกส์ และสถานีประกอบที่ต้องการความแม่นยำสูง

สถาปัตยกรรมนี้ยังเปลี่ยนวิธีที่วิศวกรโต้ตอบกับหุ่นยนต์ด้วย แทนที่จะพึ่งพาทีชเพนแดนต์แบบมือถือที่เป็นกรรมสิทธิ์ ผู้ใช้สามารถเชื่อมต่อผ่านเว็บเบราว์เซอร์โดยใช้เซิร์ฟเวอร์ MecaPortal ในตัว คอมพิวเตอร์วิศวกรรมเครื่องใดก็ได้บนซับเน็ตภายในเครื่องสามารถทำหน้าที่เป็นเทอร์มินัลสำหรับเขียนโปรแกรม

สำหรับผู้ติดตั้งระบบที่คุ้นเคยกับอุปกรณ์อุตสาหกรรมที่ใช้ Ethernet และระบบควบคุมแบบกระจาย ขั้นตอนการทำงานนี้ให้ความรู้สึกใกล้เคียงกับการกำหนดค่า PLC และอุปกรณ์เอดจ์สมัยใหม่ มากกว่าการเริ่มใช้งานตัวควบคุมหุ่นยนต์แบบดั้งเดิม

โรงงานที่ติดตั้งฮาร์ดแวร์ระบบอัตโนมัติแบบกระจายอยู่แล้ว เช่น ABB Robotics หรือ ระบบควบคุม PLC/PAC แบบโมดูลาร์ จะมองเห็นแนวโน้มอุตสาหกรรมในวงกว้างที่มุ่งสู่สถาปัตยกรรมเครื่องจักรแบบกระจายศูนย์

การเชื่อมต่อด้านความปลอดภัยและแหล่งจ่ายไฟ

ขั้นตอนการเริ่มต้นใช้งานยังคงคุ้นเคยสำหรับวิศวกรระบบอัตโนมัติที่มีประสบการณ์ หุ่นยนต์เชื่อมต่อกับโมดูลอินเทอร์เฟซด้านความปลอดภัยและแหล่งจ่ายไฟโดยเฉพาะ ซึ่งทำหน้าที่จัดการไฟฟ้ากระแสสลับ การเชื่อมต่อระบบหยุดฉุกเฉิน และการตรวจสอบวงจรความปลอดภัยภายนอก

ก่อนจ่ายไฟ ต้องติดตั้งหุ่นยนต์ให้มั่นคง เนื่องจากตัวหุ่นยนต์ที่มีน้ำหนักเบาอาจไม่มั่นคงเมื่อกางออกจนสุด วิศวกรควรหลีกเลี่ยงการติดตั้งอุปกรณ์ปลายแขนหุ่นยนต์ระหว่างขั้นตอนการกลับสู่ตำแหน่งโฮมครั้งแรก เพื่อป้องกันการชนกับตัวหุ่นยนต์โดยไม่ตั้งใจ

รูปที่ 2 กล่องควบคุมความปลอดภัยขนาดกะทัดรัดผสานการจ่ายไฟเข้ากับการจัดการอินพุตระบบหยุดฉุกเฉินและอินพุตด้านความปลอดภัย

เมื่อเบราว์เซอร์กลายเป็นทีชเพนแดนต์

หนึ่งในการตัดสินใจด้านวิศวกรรมที่น่าสนใจที่สุดเบื้องหลัง Meca500 คือการถอดทีชเพนแดนต์แบบเดิมออกทั้งหมด แทนที่ด้วยอินเทอร์เฟซบนเว็บที่เข้าถึงได้ผ่านการเชื่อมต่อ Ethernet มาตรฐาน

หลังจากกำหนดให้คอมพิวเตอร์วิศวกรรมอยู่ในซับเน็ตที่เหมาะสมแล้ว ผู้ใช้สามารถเข้าถึงสภาพแวดล้อม MecaPortal ได้โดยตรงผ่านเบราว์เซอร์ จากนั้นผู้ปฏิบัติงานสามารถเปิดใช้งานหุ่นยนต์ ดำเนินขั้นตอนการกลับสู่ตำแหน่งโฮม ตรวจสอบไฟแสดงสถานะ และขยับแกนแต่ละแกนแบบจ็อกได้

แนวทางนี้มอบข้อได้เปรียบด้านการปฏิบัติงานหลายประการ การติดตั้งซอฟต์แวร์ทำได้ง่ายขึ้น ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาฮาร์ดแวร์ลดลง และการวินิจฉัยปัญหาระยะไกลทำได้สะดวกขึ้นสำหรับทีมวิศวกรรมแบบกระจาย

ขณะเดียวกัน แนวทางนี้ก็ทำให้เกิดข้อพิจารณาด้านความปลอดภัยทางไซเบอร์ใหม่ ๆ เนื่องจากหุ่นยนต์ต้องพึ่งพาการเชื่อมต่อ Ethernet และการเข้าถึงผ่านเบราว์เซอร์ การแบ่งส่วนเครือข่ายและนโยบายไฟร์วอลล์อุตสาหกรรมจึงมีความสำคัญเพิ่มขึ้นในสภาพแวดล้อมการผลิต

ทำความเข้าใจเฟรมอ้างอิงการเคลื่อนที่

สภาพแวดล้อมการจ็อกรองรับระบบพิกัดหลายรูปแบบ ได้แก่ การเคลื่อนที่ของข้อต่อ พิกัดโลก และพิกัดเครื่องมือ แม้แนวคิดเหล่านี้จะเป็นมาตรฐานในงานหุ่นยนต์อุตสาหกรรม แต่การนำเสนอใน MecaPortal มีความเป็นระเบียบและเข้าถึงได้ง่ายกว่าระบบรุ่นเก่าหลายระบบ

เฟรมอ้างอิงฐานจะคงที่ตามจุดยึดติดตั้งหุ่นยนต์ ขณะที่เฟรมอ้างอิงโลกสามารถเลื่อนตำแหน่งให้สอดคล้องกับเครื่องจักรหรือสถานีงานโดยรอบได้ ส่วนเฟรมอ้างอิงเครื่องมือจะเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกตามอุปกรณ์ปลายแขนหุ่นยนต์ที่ติดตั้ง

สำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำสูง เช่น การจัดแนวออปติกหรือการประกอบอุปกรณ์ทางการแพทย์ การสอบเทียบเฟรมอย่างแม่นยำเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง เพราะความคลาดเคลื่อนของตำแหน่งเพียงเล็กน้อยก็อาจส่งผลต่อคุณภาพผลิตภัณฑ์

รูปที่ 3 อินเทอร์เฟซ MecaPortal บนเบราว์เซอร์มีตัวควบคุมการเปิดใช้งาน การตรวจสอบการทำงาน และฟังก์ชันจ็อกแบบหลายเฟรม

หุ่นยนต์ความแม่นยำสูงสร้างคุณค่าได้มากที่สุดที่ใด

Meca500 ไม่ได้มีเป้าหมายเพื่อทดแทนหุ่นยนต์อุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่รองรับน้ำหนักมากและทำงานเชื่อมหรือจัดเรียงพาเลต แต่จุดแข็งของหุ่นยนต์รุ่นนี้อยู่ที่เซลล์ระบบอัตโนมัติขนาดกะทัดรัดซึ่งต้องการความสามารถในการทำซ้ำที่ยอดเยี่ยม

การใช้งานรวมถึงการจัดแนวออปติก การจัดการเซมิคอนดักเตอร์ การประกอบชิ้นส่วนขนาดเล็ก ระบบอัตโนมัติในห้องปฏิบัติการ และระบบหยิบวางที่ต้องการความสามารถในการทำซ้ำระดับไม่กี่ไมครอน ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของกระบวนการ

ขนาดพื้นที่ติดตั้งที่กะทัดรัดยังทำให้หุ่นยนต์รุ่นนี้เหมาะสำหรับห้องปฏิบัติการวิจัย โครงการระบบอัตโนมัติในมหาวิทยาลัย และระบบการผลิตต้นแบบที่มีข้อจำกัดสำคัญด้านพื้นที่และความซับซ้อนในการติดตั้งระบบ

รูปที่ 4 ระบบหุ่นยนต์ขนาดกะทัดรัดถูกนำมาใช้เพิ่มขึ้นในการประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเซลล์ระบบอัตโนมัติระดับห้องปฏิบัติการ

Structured Text และการเชื่อมต่อ PLC เปิดโอกาสใหม่ ๆ

การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญที่สุดอาจไม่ได้อยู่ที่กลไก แต่อยู่ที่ซอฟต์แวร์ Meca500 นำเสนอประสบการณ์การเขียนโปรแกรมที่ให้ความรู้สึกใกล้เคียงกับงานวิศวกรรม PLC มากกว่าการเขียนโปรแกรมหุ่นยนต์ผ่านทีชเพนแดนต์แบบเดิม

ลอจิก Structured Text และการสื่อสารผ่าน Ethernet ช่วยให้ทำงานร่วมกับฮาร์ดแวร์ระบบอัตโนมัติภายนอกได้แน่นแฟ้นยิ่งขึ้น วิศวกรที่คุ้นเคยกับสภาพแวดล้อม IEC 61131-3 สามารถเปลี่ยนผ่านเข้าสู่ขั้นตอนการติดตั้งระบบหุ่นยนต์ได้อย่างเป็นธรรมชาติมากขึ้น โดยไม่ต้องพึ่งพาภาษาหุ่นยนต์แบบกรรมสิทธิ์ทั้งหมด

การหลอมรวมระหว่างหุ่นยนต์กับการเขียนโปรแกรม PLC นี้สะท้อนการเคลื่อนไหวที่กว้างขึ้นในอุตสาหกรรมระบบอัตโนมัติ การผลิตสมัยใหม่คาดหวังให้หุ่นยนต์ ไดรฟ์ ตัวควบคุมความปลอดภัย HMI และ I/O แบบกระจาย ทำงานเป็นอุปกรณ์บนเครือข่ายที่ทำงานร่วมกันได้ แทนที่จะเป็นระบบแยกจากกัน

แพลตฟอร์มจาก Siemens, Beckhoff, Rockwell Automation และผู้จัดจำหน่ายระบบอัตโนมัติรายใหญ่อื่น ๆ ต่างผลักดันสภาพแวดล้อมซอฟต์แวร์แบบรวมเป็นหนึ่งอย่างจริงจังแล้ว หุ่นยนต์ขนาดกะทัดรัดที่นำหลักการคล้ายกันมาใช้ อาจช่วยลดอุปสรรคในการติดตั้งระบบสำหรับผู้ผลิตขนาดเล็กลงได้อย่างมาก

การเปลี่ยนแปลงที่แท้จริงของอุตสาหกรรมคือความเรียบง่าย

ตลาดหุ่นยนต์อุตสาหกรรมในอดีตถูกครองโดยระบบเฉพาะทางที่ต้องใช้โปรแกรมเมอร์หุ่นยนต์โดยเฉพาะและขั้นตอนการเริ่มใช้งานที่ซับซ้อน โมเดลดังกล่าวยังคงเหมาะกับสายการผลิตขนาดเท่าอุตสาหกรรมยานยนต์ แต่จะไม่มีประสิทธิภาพนักสำหรับเซลล์การผลิตขนาดเล็กที่ต้องการความยืดหยุ่น

Meca500 แสดงให้เห็นว่าผู้จำหน่ายหุ่นยนต์กำลังเริ่มคิดทบทวนเรื่องความง่ายต่อการใช้งานอย่างไร อินเทอร์เฟซบนเบราว์เซอร์ ตัวควบคุมในตัว และการโต้ตอบด้วย Structured Text ช่วยลดความซับซ้อนของฮาร์ดแวร์ พร้อมทำให้หุ่นยนต์เข้าถึงได้ง่ายขึ้นสำหรับวิศวกรระบบควบคุม

จากมุมมองด้านวิศวกรรม นี่คือหนึ่งในการพัฒนาระยะยาวที่สำคัญที่สุดของระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม อนาคตของหุ่นยนต์จะไม่ได้ถูกกำหนดด้วยน้ำหนักบรรทุกหรือความเร็วเพียงอย่างเดียว แต่จะถูกกำหนดมากขึ้นด้วยความรวดเร็วที่วิศวกรสามารถติดตั้ง เชื่อมต่อระบบ แก้ไขปัญหา และขยายระบบหุ่นยนต์ในสภาพแวดล้อมการผลิตที่เชื่อมต่อถึงกัน

Daniel Mercer | ผู้สื่อข่าวอาวุโสด้านระบบอัตโนมัติ

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