Czułość ludzkiej ręki w robotach

Roboty w znacznym stopniu przyczyniają się do automatyzacji fabryk. Byłoby jednak jeszcze lepiej, gdyby maszyny potrafiły działać równie inteligentnie, jak ludzie. W przypadku istniejących systemów zrobotyzowanych rozwiązanie wielu problemów wymaga niewspółmiernie dużego wysiłku. Każda próba kontroli niestabilnych procesów prowadzi zwykle do dużych kosztów uruchomienia, uczenia lub konserwacji. Odchylenia od prawidłowego położenia, które nie są korygowane na bieżąco, mogą spowodować nieprawidłowości, a nawet uszkodzenie produktu.

Kolejnym wyzwaniem są niezwykle złożone procesy produkcyjne, które dawniej były niemożliwe do zaimplementowania z technicznego lub ekonomicznego punktu widzenia. Dotychczasowe ograniczenia w zakresie jakości, wydajności i produktywności można teraz wyeliminować za pomocą niewielkiego i łatwo instalowanego komponentu.

Smart end effector rewolucjonizuje robotykę

Tak jak inteligentna wtyczka, którą wkłada się do zwykłego gniazdka, aby podłączać domowe urządzenia do sieci elektrycznej i zapewniać przejrzystość ich obsługi, podobnie element kompensacyjny pomaga dużym robotom przemysłowym produkować towary w bardziej ekonomiczny sposób i z większą precyzją. Bazując na tej koncepcji, pracujący w firmie Bosch Rexroth eksperci ds. techniki przemieszczeń liniowych opracowali moduł Smart Flex Effector, który pozwala zarówno podsystemom kartezjańskim, jak i robotom przegubowym „wyczuwać” sytuację w ich otoczeniu. Oprócz niezbędnych czujników ten innowacyjny element kompensacyjny jest wyposażony w układ kinematyczny, który działa niezależnie w sześciu stopniach swobody.

Połączenie funkcji sensorycznych i mechanicznych jest podstawą inteligentnej współrzędnościowej jednostki pomiarowej, dzięki której niestabilne i bardzo złożone procesy stają się przejrzyste i możliwe do kontrolowania. Smart Flex Effector może np. w trakcie chwytania wyczuć położenie obrabianych lub przenoszonych przedmiotów w neutralny czasowo sposób i przekazywać informacje o położeniu bezpośrednio do odpowiedniego sterownika robota, aby aktywnie kompensować bieżące różnice w położeniu. W przeciwieństwie do sond pomiarowych pozwala to na dokładne łączenie i przenoszenie obiektów bez wykonania dodatkowych operacji.

Przełom w automatyzacji procesów

Efektor końcowy, który charakteryzuje się stopniem ochrony IP54, nadaje się do przenoszenia przedmiotów o masie sięgającej 6 kg. Udostępnia szereg nowych możliwości zarówno producentom, jak i użytkownikom maszyn. Pozwala na realizację zadań, które wcześniej były niemożliwe – albo możliwe tylko częściowo – do zaimplementowania lub były kosztowne i wymagały pasywnych jednostek kompensacyjnych, czujników momentu siły i systemów wizyjnych. Szeroki zakres zastosowań sięga od automatyzacji procesów, przez procesy łączenia o bardzo małej tolerancji, po monitorowanie jakości, automatyczne uczenie lub kontrolowane przenoszenie przedmiotów.

Jednym z przykładów czynności wykonywanych ręcznie, których dotychczas nie można było zautomatyzować ze względów ekonomicznych, jest wkładanie płytek drukowanych do jednostek sterujących silników. W przeszłości problemem był brak możliwości określenia położenia płytki w zadowalający sposób. Tymczasem nawet najmniejsze niedopasowanie w trakcie wkładania płytki powodowało wygięcie lutowanych złączy. Jeśli jednak robot jest wyposażony w moduł Smart Flex Effector, system może wprowadzić niezbędne drobne korekty i prawidłowo umieścić płytkę w jednostce.

Inteligentne przenoszenie, uczenie i monitorowanie

W typowych zadaniach przenoszenia aktywna kompensacja odchyleń od odpowiedniego położenia pozwala zadbać o to, aby montowane lub przenoszone obiekty były precyzyjnie pobierane, odkładane w prawidłowy sposób lub trafnie sortowane. Pozwala to bezpiecznie i dynamicznie przenosić nawet części wykonane ze szkła lub innych delikatnych materiałów. W przypadku szybkich ruchów transportowych w trakcie procesu moduł kompensacyjny może być aktywnie ustawiony na pozycję „zero” i elektromechanicznie zablokowany.

Dzięki efektorowi końcowemu można też uprościć lub zautomatyzować procesy uczenia. Robotyczny system sterowania potrafi bezpośrednio odczytywać dokładne współrzędne punktów chwytania i odkładania, dlatego teraz możliwe jest wielokrotne uczenie również w trakcie pracy urządzenia. Jeśli to konieczne, robota można także „poinstruować” ręcznie za pomocą efektora końcowego – wystarczy ręcznie przesunąć go na 
pozycję.

W ramach monitorowania procesów innowacyjny moduł kompensacyjny nie tylko ułatwia dokumentowanie, lecz także zwiększa jakość procesów. Przez natychmiastowe wykrywanie odchyleń między położeniem docelowym i rzeczywistym oraz zgłaszanie ich do systemu sterowania w celu wprowadzenia korekt można uniknąć błędów i niepotrzebnych kosztów wynikających z wybrakowanych produktów lub przeróbek.

Łatwa instalacja i uruchomienie

Smart Flex Effector powstał z myślą o specjalistach w dziedzinie automatyzacji, integratorach systemów, integratorach i producentach rozwiązań robotycznych oraz dostawcach i sprzedawcach urządzeń peryferyjnych. Dotykowy moduł kompensacyjny może także zainteresować zakłady przemysłowe i użytkowników z różnych sektorów przemysłu, takich jak elektronika, przemysł metalowy czy branża artykułów konsumpcyjnych. Instalacja jest bardzo prosta. Na potrzeby instalacji mechanicznej dostępne są kołnierze adaptera do popularnych robotów i chwytaków. Zasilanie odbywa się przez standardowy zasilacz 24 V, a wymiana danych ze sterownikiem przez interfejs RS-485 lub dodatkowe cyfrowe interfejsy wejścia/wyjścia. Elektromechaniczny system blokady nie wymaga układu pneumatycznego.

Nowa rola ludzi w systemie produkcji

Dzięki szerokiej gamie możliwych zastosowań w automatyce Smart Flex Effector może pomóc przeciwdziałać dotkliwym brakom wykwalifikowanych pracowników i personelu do wykonywania zadań montażu i łączenia. Mimo to ludzie są w dalszym ciągu potrzebni w procesach montażowych. Zamiast wykonywać monotonne czynności, mogą jednak wykorzystać swoją wiedzę i umiejętności w innych zadaniach, takich jak analiza danych czy optymalizacja procesów w zintegrowanych systemach i podsystemach.

Perspektywy: podstawa dla samouczących się komórek

Inteligentne efektory końcowe mają rewolucyjny potencjał, ponieważ nie tylko rozwiązują aktualne problemy w produkcji przemysłowej, lecz także niosą ze sobą nowe możliwości w zakresie projektowania systemów produkcyjnych. W dłuższej perspektywie inteligentne moduły kompensacyjne mogą również umożliwić tworzenie systemów produkcyjnych i elastycznych komórek montażowych o znacznie prostszej zasadzie działania i niższych kosztach. W przyszłości strumień danych płynący z efektorów końcowych będzie też można połączyć z algorytmami sztucznej inteligencji, aby pozwolić systemowi na uczenie maszynowe. W ten sposób proces będzie nieprzerwanie sam się optymalizował.

Obsługa procesu przez człowieka jako wzorzec

Inteligentny efektor końcowy firmy Bosch Rexroth został opracowany na podstawie kluczowego spostrzeżenia: ekonomiczne stabilizowanie złożonych, niestabilnych procesów z powiązanymi podprocesami przez samo zwiększenie dokładności pozycjonowania w systemach produkcyjnych i komórkach montażowych jest niemożliwe. Dotyczy to zwłaszcza dużej zmienności wariantów i niewielkich ilości. Dlatego bardziej obiecujące wydaje się być naśladowanie postępowania człowieka: zamiast unikać czynników zakłócających – takich jak zmęczenie lub skumulowane błędy pomiarowe – lub je eliminować, pracownicy uwzględniają w procesie indywidualną nieostrość. Smart Flex Effector firmy Bosch Rexroth idzie za tym przykładem. Aby zapewnić wysoką jakość procesu przenoszenia, nie są używane bezwzględne współrzędne w przestrzeni. Moduł kompensacyjny stopniowo definiuje niezbędne punkty pobierania elementów, punkty łączenia i pozycje odkładania, aby właściwie pobierać obiekty i indywidualnie je obsługiwać.

BOSCH REXROTH Sp. z o.o.
ul. Jutrzenki 102/104, 02-230 Warszawa
tel. 22 738 18 00, fax 22 758 87 35
e-mail: info@boschrexroth.pl 
www.boschrexroth.pl

źródło: Automatyka 6/2023