С наступлением революционных преобразований в робототехнике, появляется всё большее количество простых в использовании коллаборативных и промышленных роботов. При этом, само программирование роботов упростилось. Все больше промышленных производств начинают задумываться об автоматизации своих производственных линий и оборудования.
Но, хотя переналадка и перепрограммирование становятся намного проще, проблемы с интеграцией, настройкой и программированием периферийных устройств все ещё сохраняются.
Блок управления и согласования упрощает процесс интеграции робота с этими периферийными устройствами. На сегодняшний день эти устройства делают процесс программирования всей задачи настолько простым, что это может сделать почти любой оператор на производстве. Используя межплатформенные операционные системы для автоматизации, на которых базируется управление в таких блоках, любой пользователь сможет настраивать и контролировать все аспекты процесса, независимо от марки робота или периферийного устройства.
Ранее, роботизация многокомпонентного производства была финансово малоэффективна из-за большой потери времени на перенастройку и частое привлечение высококвалифицированных специалистов для программирования робототехники. Когда оборудование постоянно работает с самыми разными деталями, то автоматизация должна быть столь же универсальной, чтобы внедрение робототехнического комплекса оборудования стало оправданным.
Многие операторы станков привыкли корректировать особенности работы, чтобы получить наилучший результат. Обычно они сами часто изменяют параметры в программном обеспечении CAM-систем и осуществляют замену инструментов на станке в зависимости от задания. Традиционно, принцип работы роботов устроен немного иначе. Во время перенастройки оборудования, для обработки делали другого типа, может быть сложно изменить программу или заменить роботизированное периферийное устройство. Это также может привести к потенциальной потере времени из-за отсутствия знаний и навыков в программировании роботов.
Разработанные кроссплатформенные операционные системы для программирования роботов значительно упрощают процесс переключения в многокомпонентной среде. Автоматизация становится намного более доступной благодаря приложениям для программирования в режиме блок-схем.
В таких приложениях каждое действие контролируется блоком, в который встроен настраиваемый элемент управления. Давайте для примера рассмотрим несколько блоков в одном из таких приложений Task Canvas, которое разработано для операционной среды Forge/OS, которые упрощают настройку и переключение оборудования.
Блоки
Камеры
Блок камеры может быть отличным решением для производственных сред с большим количеством компонентов. Системы технического машинного зрения имеют широкий спектр применений, чаще всего позволяя роботу находить детали в пределах рабочего пространства. Камера, как правило, опирается на работу в собственном программном обеспечении для систем машинного зрения. Там и запрограммировано, чтобы робот смог найти деталь, указанную в программном обеспечении, и указать в трёхмерной системе координат начальную точку в пространстве, чтобы он смог захватить деталь.
Блок управления делает эти системы машинного зрения намного более полезными благодаря встроенному ПО для согласования с блоком камер. В Task Canvas эти блоки используются для отправки и получения сигналов от контроллера систем машинного зрения после того, как камера сформирует изображение рабочей зоны. Когда происходит замена детали, систему машинного зрения нужно будет обновить для новой детали, но блоки и логика в Task Canvas останутся прежними. Это значительно сокращает время, необходимое для перехода на новую деталь.
Блок сетки координат
Этот модуль позволяет роботу перемещать концевой эффектор (любой захват, который крепится на манипуляторе) из одного положения в другое в соответствии с настраиваемой сеткой координат. Поскольку камера установлена на конце «руки», систему технического зрения можно запрограммировать на получение изображения каждый раз, когда она попадает в другую точку сетки. Создав всего 3 путевых точки и изменив несколько параметров, робот может непрерывно сканировать детали на рабочей поверхности и даже предупреждать оператора, если детали заканчиваются и запас необходимо пополнить.
Блок захвата
Как только оператор сможет задать машине команду на поиск детали, используя движение вдоль сетки координат, камера заблокирует своё время исполнения, чтобы манипулятор смог забрать деталь. В этой многокомпонентной среде детали могут меняться, поэтому и захват должен быть таким же гибким. Блок захвата позволит оператору управлять захватом независимо от типа срабатывания. Независимо от того, какой тип захвата установлен (предположим, что используется вакуумный тип захвата, либо электрический), они программируются одинаково. Это значительно расширяет возможности производственного пространства. Если детали изменяются, то всё равно человек может легко изменить программу, чтобы приспособить захватное устройство. Если детали кардинально разные, захват можно заменить, а программу обновить за считанные минуты.
Инструменты на конце руки (EOAT — end-of-arm tooling) — одна из наиболее важных частей робототехнической системы. Этот узел тратит больше всего времени на непосредственное взаимодействие с деталями, а хорошо продуманный интерфейс управления инструментом может сэкономить время и усилия при программировании задачи, требующей точности.
Существуют разные типы EOAT для разных задач. Благодаря принципу «подключи и работай» система позволяет легко подключать и переключаться между различными EOAT, обеспечивая гибкость, необходимую для оптимизации задачи.
По умолчанию Forge/OS поддерживает несколько типов захватов:
- Электрические и пневматические многопальцевые захваты;
- Магнитные захваты с пневматическим приводом;
- Вакуумные захваты;
Каждый из этих типов имеет свои преимущества и недостатки. Например, вакуумные захваты бывают различных размеров и предназначаются для разных материалов, но для достижения наилучших результатов обычно требуется плоская и не пористая поверхность.
Магнитные захваты очень мощные, но их применение ограничено свойствами магнитности материала. Многопальцевые захваты могут обеспечить точное размещение, но иногда требуют дополнительной фиксации для представления деталей.
Захваты
Электрические и пневматические многопальцевые захваты.
Многопальцевые захваты чаще всего бывают двух типов: захваты с двумя пальцами и захваты с тремя пальцами. Устройства с двумя пальцами (или параллельного типа) имеют два пальца, которые открываются и закрываются вдоль одной оси. Захваты с тремя пальцами (или центральные тип) имеют три пальца, которые открываются и закрываются вокруг центральной точки.
Многопальцевые захваты идеально подходят для задач, требующих большой силы, а повторяемость и точность позиционирования являются основным фактором для их использования. Поскольку эти инструменты часто имеют большие размеры и требуют большого зазора для захвата деталей с дальнейшей подачей их на обработку в машину, то детали должны быть представлены роботу по отдельности, например, на конвейерном лотке автоподатчика или выложенными на специальном столе с координатной сеткой, чтобы захват мог получить доступ к одной детали, не сталкиваясь с другими объектами.
Как параллельные, так и центральные захваты часто поставляются с механически обрабатываемыми или сменными пальцами, что позволяет настроить «чувствительность» манипулятора в соответствии с задачей. Воспользовавшись этой возможностью настройки, можно уменьшить потребность в точной фиксации деталей. Например, можно установить такие пальцы, чтобы они имели плоскую внутреннюю поверхность, которая прижимается к верхней части детали. Использование этой поверхности в сочетании с датчиком силы позволяет запрограммировать движение, при котором объекты захватываются путём опускания детали на внутреннюю поверхность пальца захвата, что означает, что детали разной высоты всегда будут располагаться в одном и том же месте в инструменте.
Магнитные захваты
Этот тип устройств с пневматическим приводом обеспечивают превосходную прочность и жёсткость при работе с железными материалами (как правило, это будет чёрный прокат), либо с любым материалом, который обладает способностью хорошо примагничиваться. Они часто имеют регулируемое магнитное поле, что позволяет захватывать детали из стопки, не нарушая положения расположенных ниже деталей в стопе.
Несмотря на ограниченное применение магнитных захватов, они хороши для приложений, где манипулятору робота может потребоваться жёстко удерживать деталь на месте во время её обработки. Они также хорошо работают в приложениях, которые кажутся подходящими для вакуумных захватов, но требуют большей прочности захвата из-за излишне большого веса, который не могут удержать вакуумные присоски.
Магнитные захваты с пневматическим приводом используют подачу воздуха для активации или деактивации магнитного поля, путём перемещения магнита к рабочей поверхности захвата или от неё. В зависимости от производителя инструмента, некоторые активируются при подаче воздуха, а другие деактивируются при этом действии. Программа управления это всё учитывает в настройках.
Вакуумные всасывающие захваты
Эта разновидность использует поток воздуха для создания области отрицательного давления внутри присоски/присосок. В зависимости от силы воздушного потока, создающего разряжение, сила всасывания может быть увеличена или уменьшена. Однако универсальность захвата при помощи присосок обусловлена не столько силой всасывания, а разнообразием и гибкостью присосок.
Вакуумные захваты идеально подходят для задач, где точность не требуется, либо задачи решаются с помощью других средств, таких как вибрационных подающих лотков или с альтернативными поверхностями для выравнивания деталей перед захватом. Такой тип захватывающего инструмента также отлично подходят для приложений, где детали имеют нетрадиционную геометрию и требуют специального EOAT.
Многие компании, такие как Piab и Schmalz, производят широкий ассортимент присосок для различных областей применения. Чашки могут иметь низкопрофильную резиновую внутреннюю часть для дополнительного сцепления с маслянистым листовым металлом или дополнительные сильфоны для увеличения контакта с гибкими поверхностями, либо пористым картоном. Выбор подходящей присоски может оказывать существенную разницу на степень фиксации того, или иного, материала.
Поскольку сами контроллеры не включают в себя внутренний вакуумный генератор, то разрежённая среда внутри всасывающего захвата создаётся с помощью специальных вакуумных насосов внешнего подключения на самой оснастке. Генераторы могут быть установлены непосредственно над присоской или далеко от робота, но использовать пневматические линии подачи воздуха. Вакуумные насосы внешнего расположения, как правило, гораздо крупнее, и производят большее всасывание, чем встроенные вакуумные генераторы. Но встроенные насосы обеспечивают гораздо большую гибкость при разработке нестандартных захватных инструментов, таких как низкопрофильные захватные головки для ограниченного пространства.