Robot przemysłowy, cobot czy manipulator kartezjański – przykłady zastosowań
W poprzednim artykule opisaliśmy zagadnienia problemu doboru odpowiedniego rozwiązania robot, cobot czy manipulator kartezjański do zadania realizowanego w maszynie. W tym miejscu prezentujemy praktyczne przykłady kilku maszyn produkcyjnych zrealizowanych przez nasz zespół Pi-Tronix wraz z omówieniem kluczowych cech.
Wybór między robotem przemysłowym, manipulatorem kartezjańskim, manipulatorem pneumatycznym czy cobotem rzadko jest prostą decyzją technologiczną. Każde z tych rozwiązań ma swoje miejsce w automatyzacji produkcji, ale ich zasadność zależy przede wszystkim od specyfiki aplikacji, wymaganej wydajności oraz liczby operacji, które ma realizować maszyna. Dlatego przy projektowaniu stanowisk pakowania, montażu czy manipulacji detalami najważniejsze dobrze zrozumieć proces, a dopiero później dobierać technologię automatyzacji.
Przykład zastosowania: robot z systemem wizyjnym do podawania detali
Na zdjęciu widać wykonany w Pi-Tronix system podawania detali do procesu znakowania laserowego.
Producent elementów z tworzywa sztucznego zgłosił się do nas z zapytaniem dotyczącym zastąpienia ręcznego znakowania tamponowego znakowaniem laserowym. Sam proces znakowania został zrealizowany przy współpracy z wiodącym producentem głowic znakujących. Największym wyzwaniem okazało się automatyczne podawanie detali.
W portfolio klienta znajdowało się kilkanaście różnych referencji detali, które trafiały do procesu w postaci zasypu luzem. Konieczne było więc:
- pobieranie pojedynczych elementów,
- ich orientacja,
- kontrola jakości,
- sortowanie.
W tym przypadku zdecydowano się na zastosowanie robota przemysłowego współpracującego z systemem wizyjnym.
Robot:
- wybierał detale z zasypu,
- dokonywał inspekcji optycznej w celu wykrycia wad wtrysku,
- odkładał dobre detale do bufora wejściowego procesu znakowania.
Aplikacja wymagała operowania w pięciu stopniach swobody:
- ruch XYZ,
- obrót detalu,
- pionizacja detalu.
Aby ograniczyć koszt maszyny zamiast robota 6-osiowego zastosowano robota 4-osiowego typu SCARA wyposażonego w indywidualnie zaprojektowany chwytak z pneumatyczną funkcją pionizacji detalu.
Film prezentujący działanie robota:
https://youtu.be/I9cosh_i53Y?si=SVXif0AaBQFUOqzu&t=71
Przykład zastosowania: kartoniarka SCHL-005
Dobrym przykładem właściwego doboru technologii manipulacji jest kartoniarka SCHL-005 zaprojektowana i wykonana na indywidualne zamówienie dla producenta armatury grzewczej.
Film pokazujący działanie manipulatorów w tej maszynie:
https://youtu.be/WHTyMGcZ9Ao?si=AyS5VS0SOFtLJEZM
Opis
Maszyna realizuje kilka operacji w jednym ciągu technologicznym. Najpierw pobiera detale z tacki, którą operator umieszcza w magazynie. Następnie maszyna formuje karton z płaskiej formatki, pakuje detale do pionowego kartonika indywidualnego, a na końcu układa zapakowane kartoniki w rzędach w większym kartonie zbiorczym.
Cały proces pracuje z wydajnością około 10 sztuk na minutę.
Teoretycznie wszystkie operacje manipulacyjne można byłoby wykonać przy użyciu robotów przemysłowych. W praktyce takie rozwiązanie nie byłoby jednak optymalne. Ze względu na liczbę operacji oraz wymagany czas cyklu konieczne byłoby zastosowanie kilku robotów, co znacząco zwiększyłoby koszt całej maszyny.
Dodatkowo ruchy wykonywane w tej maszynie są zawsze takie same – manipulator pracuje w powtarzalnym cyklu i między stałymi punktami. Nie ma potrzeby realizowania skomplikowanych trajektorii ruchu ani obsługi wielu scenariuszy pracy, dlatego konstruktorzy zdecydowali się na zastosowanie kombinacji różnych typów manipulatorów.
Manipulator A
Manipulator A jest manipulatorem kartezjańskim o trzech osiach XYZ. Jego zadaniem jest rozładowywanie detali z tacek oraz umieszczanie ich w buforze, w którym detale są znakowane laserowo numerem serii.
Regulacja prędkości, pozycji oraz siły chwytu odbywa się poprzez ekran HMI maszyny.
Manipulator B
Manipulator B to manipulator kartezjański o dwóch osiach XZ. Odbiera detal z modułu znakowania i pakuje go do wcześniej uformowanego kartonika indywidualnego.
Podobnie jak w poprzednim przypadku regulacja prędkości, pozycji oraz siły odbywa się z poziomu ekranu HMI.
Manipulator C
Manipulator C jest prostym dwupozycyjnym manipulatorem pneumatycznym XZ. Wykonuje ruch poziomy i pionowy, realizując operację docisku przedmiotu w kartonie przed automatycznym zamknięciem wieczka.
Regulacja pozycji, prędkości i siły odbywa się mechanicznie przy użyciu:
- zderzaków,
- dławików,
- reduktorów.
Obsługa tego manipulatora nie wymaga programowania ani korzystania z ekranu HMI.
Manipulator D
Manipulator D to manipulator kartezjański o dwóch osiach XY, przy czym trzecią oś stanowi ruch kartonu na transporterze.
Manipulator pobiera rzędy zapakowanych detali w kartonikach indywidualnych i pakuje je do kartonu zbiorczego.
Jest to operacja, którą teoretycznie można byłoby zrealizować robotem przemysłowym. W praktyce jednak dedykowany układ oparty na silnikach, paskach i prowadnicach liniowych okazał się znacznie tańszym rozwiązaniem, zachowując jednocześnie odpowiednią wydajność.
Przykład zastosowania: maszyna montażowa APT-002
Kolejnym przykładem jest automatyczna maszyna montażowa APT-002 przeznaczona do montażu precyzyjnych łożysk i wirników w korpusach. Maszyna wykorzystuje stół obrotowy, na którym realizowanych jest wiele kolejnych operacji technologicznych. Cały proces montażu pracuje w bardzo szybkim cyklu – poniżej 6 sekund na operację.
Teoretycznie część operacji mogłaby zostać wykonana przy użyciu robotów przemysłowych. W praktyce jednak zastosowanie robotów obniżyłoby wydajność procesu. Z tego powodu projektanci zdecydowali się rozłożyć proces montażu na szereg prostych operacji realizowanych przez manipulatory pneumatyczne.
Każde stanowisko realizuje jedną konkretną operację z bardzo wysoką precyzją. Takie podejście pozwala osiągnąć:
- bardzo krótki czas cyklu,
- wysoką powtarzalność montażu,
- dużą niezawodność pracy maszyny.
Film pokazujący działanie manipulatorów w tej maszynie:
https://youtu.be/ok_RdX4MuvE?si=TvduPQGRvJgS3E7-
Materiał prezentujący podajniki wirników, które zostały zastosowane w tej maszynie montażowej:
https://youtu.be/If_OCai-kQ8?si=XA8QkIpfbCSTHXlr
Dlaczego w tych projektach nie zastosowano cobotów?
Warto podkreślić, że wszystkie opisane przykłady mogłyby zostać zrealizowane przy użyciu cobotów. W praktyce jednak takie rozwiązanie nie byłoby optymalne. W tej sekcji dokładniej opisaliśmy kiedy warto stosować coboty.
W analizowanych procesach kluczowe były:
- wymagane czasy cyklu,
- koszty inwestycji,
- parametry prędkości i udźwigu.
Żadna z opisanych operacji nie wymagała bezpośredniej współpracy robota z człowiekiem. Dodatkowo zastosowanie cobota nie pozwoliłoby na rezygnację z osłon bezpieczeństwa, ponieważ w maszynach występowały inne elementy procesu wymagające zabezpieczenia.
Z tych powodów w projektach zdecydowano się na klasyczne rozwiązania automatyzacji.
