A jövő „munkavállalója”, a robot

Az ipari robotok egyre szélesebb körű elterjedésével nő azoknak a száma is, akik a robotok telepítésének, használatának, programozásának, biztonságának és más problémáinak megoldásával szembesülnek. A robotok alkalmazását csak kimutatható termelékenység-növekedés, maximális ipari biztonság és költségcsökkenés igazolhatja.

Napjainkban az ipari termelés követelményei magas színvonalat követelnek meg az alkalmazott berendezésektől is. A robotok – helyes alkalmazás esetén – megfelelnek ennek az elvárásnak, ezért mára azt mondhatjuk, hogy a gyártósorok megszokott berendezései közé tartoznak. A fejlesztés azonban nem áll meg. Mivel mindenki egyre többet akar termelni egyre kisebb költségekkel, a robotoktól és más gépi berendezésektől elvárjuk, hogy intelligensek legyenek. Maximálisan ki akarjuk használni a robotok flexibilitását. Ez nagyon kifinomult megoldásokra is lehetőséget ad, azonban tudnunk kell, hogy a robotok képességeit 100%-ig nem használhatjuk ki, hiszen a robotok fejlődését a teljes rendszeré mindig csak követi.
Úgy látjuk, hogy a robotok nem csak a mostoha és nehezen elviselhető környezetben, az ismétlődő és monoton munkafolyamatokban helyettesítik nagyon jól az embereket, de az olyan alkalmazásokban is, ahol gyakoriak az emberi hibák. Ezért is indokolt, hogy a robotrendszerek intelligensek és alkalmazkodóak legyenek – akár az emberek.

Integrálás a gyártási folyamatba

A legelső, amire szükségünk van, egy központi vezérlőrendszer. Ez – természetesen a maga módján és színvonalán – megfeleltethető az emberi agy funkcióinak. A gyártósorok munkaállomásokból állnak. Ezek egyikében egy robot, a másikban egy többtengelyes meg­munkálógép, a továbbiakban például CNC-megmunkálóközpont vagy folyamattechnológia foglal helyet. Ha ezeket a folyamatokat különválasztva kezeljük, problémákkal találhatjuk magunkat szemben. Sok rendszerintegrátor panaszkodik arra, hogy a gyártórendszer tervezési, programozási és üzembe helyezési problémáinak egy része abból ered, hogy a berendezések különböző gyártóktól származnak. Ez arra utal, hogy a legjobb megoldás az lenne, ha minden berendezést ugyanattól a gyártótól szereznének be. Ilyen összetett feladatok megoldására például a Mistubishi Electric is alkalmas, amely az iQ-rendszerével könnyíti meg a rendszerintegrátorok feladatait.  
Az iQ-platform (1. ábra) rugalmas, többfunkciós rendszer. Egyetlen hátlapon négy processzor és több, mint 50 különböző modul helyezhető el. A processzorok a Mitsubishi Electric Q CPU családjából választhatóak, így lehetnek általános PLC CPU, robot- vagy CNC vezérlő, többtengelyű mozgásvezérlő CPU, C-nyelven programozható vezérlő vagy akár folyamat irányító PC is. Ezeknek a processzoroknak saját külön programjuk van, aminek következtében egymástól függetlenül működtethetők. Mindegyik adatot cserélhet az összes többivel az azonos fiókon belül, amely egy ultragyors párhuzamos adatátviteli úton keresztül valósul meg. Ezzel például egyetlen vezérlő által hangolható össze az ugyanazon robotcellában, azonos munkadarabon dolgozó két robot és egy többtengelyű mozgásvezérlő tevékenysége. Ennek következtében ez a két robot mindent „tud” egymás állapotáról. Ez kizárja például az ütközést, segít a munkatér optimális kihasználásában, és a két robot egyetlen „összetett robotként” összehangoltan működhet. Nagyon népszerű megoldás például két C70-processzorral vezérelt CNC-munkaállomást egyetlen robottal kiszolgálni azok be- és kimeneti oldalán egyaránt. Egy másik lehetséges alkalmazás például egy PLC, egy MES-IT-funkcióval egybeépített C-processzor és egy mozgásvezérlő összekapcsolása. Akár 32 tengely működése is összehangoltan vezérelhető a gyártás és csomagolás során, amihez hozzáhangolható egy folyamattechnológia vezérlése. Az egész rendszerről pedig a MES-IT-rendszer gyűjt adatokat, és továbbítja azokat a teljes gyártómű közös felügyeleti IT-rendszerébe – és mindez egyetlen rendszerként megvalósítva.

1. ábra Az iQ-platform

Ennek a rendszernek van egy másik kiváló tulajdonsága: az iQ Works nevű programozási rendszer. Ennek segítségével egyetlen szoftveralkalmazásból (2. ábra) menedzselhető minden processzor minden szoftvere. Az adatok és változók könnyedén átadhatók az egyes processszorok között, és minden program dolgozhat ugyanazon a változó- és konstanskészleten. Ugyanannak a paraméternek azonos a neve az egész rendszerben, a GOT1000 kezelői paneltől kezdve a robot- és mozgásvezérlésen át a PLC-ig. A szoftver könnyű adatcserét tesz lehetővé a különféle PLC-platformok között is. Ez akár Ethernet-alapú hálózaton keresztül is végbemehet, amilyen például a CC-link IE Field, vagy kevésbé igényes alkalmazásokban a szokásos, Ethernet-alapú TCP/IP. A PLC-k gyakorlatilag „látják” egymás adatait.

2. ábra Az iQ Works szoftverrendszer

A robot – ami érzékel

A következő fontos témakör a gépek „érzékelése”. Ezen belül is az első a látás. Az intelligens gép nehezen képzelhető el látórendszer nélkül.
Két piacvezető gyártó, a Mitsubishi és a Cognex együttműködve fejlesztette ki a gépi látás közös platformját. A Mitsubishi Electric robot- és mozgásvezérlési rendszere beépített funkciókkal rendelkezik az egyszerű adatcseréhez és együttműködéshez a Cognex-látórendszerekkel. A gépi látás képes megtalálni egy tárgyat a munkatérben, megadja térbeli koordinátáit és irányítottságát, amelyek ismeretében egy robot vagy egy manipulátor képes megfogni a tárgyat. A Mitsubishi egy másik, Melfa Vision-látórendszert is kínál az iQ-platform részeként, amely lehetővé teszi, hogy a robotprogramozó a Mitsubishi jól ismert programozói filozófiája szerint kezelje a látórendszert.
A gépi látórendszer másik fontos funkciója a minőség-ellenőrzés. Ezen a területen az automatikus rendszerek teljesen helyettesíteni képesek az emberi munkát, és nagyon hatékony, nagy sebességű minőség-ellenőrzést tesznek lehetővé. A termékek leképezéséből adódó nagy mennyiségű adat rendkívül gyorsan feldolgozható és elhelyezhető az IT-adatbázisban. A High Speed Data Logger (nagysebességű adatgyűjtő) szoftvereszközzel – az iQ-platformba integrált funkcióval – összekapcsolva a gép a gyártás és a minőség-ellenőrzés teljes folyamatát áttekintő jelentéseket készíthet. Az lehetővé teszi a Zero Defect (nulla hiba) filozófia érvényesítését a gyártóműben, mivel minden hibás darab kizárható a további feldolgozásból, vagy átirányítható
a javítási munkafolyamatba még a gyártás befejezése és a termék megrendelőhöz továbbítása előtt. Ez emeli a gyártómű elismertségét. A High Speed Data Logger egy előre kidolgozott formátumú e-mailt is küldhet közvetlenül a menedzsmentnek, és ehhez nincs szükség semmilyen bonyolult informatikai feldolgozásra vagy alrendszerre sem. Ezek a gyártási információk kizárják az adatok bármiféle módosítását a gyártásban dolgozók által.
Egy új eredmény is megjelent a gépi látás területén: a 3D-látórendszer. Ez lehetővé teszi, hogy a tárgyaknak ne csak a síkbeli vetületét, hanem a 3D térbeli képét is felhasználja a rendszer a térbeli orientációra. Ennek nagy haszna lehet a gyártási folyamatok gépi látással történő követésénél. Egy 3D-látórendszerrel felszerelt robot például láthat, felismerhet és ennek alapján például kivehet bizonyos objektumokat egy dobozból. Ez azt jelenti, hogy nincs szükség egy másik rendszer kiépítésére, aminek csak az a célja, hogy a tárgyakat kie­melje és megfelelő orientációban elhelyezze például egy sík felületen. Egy 3D-látással felszerelt robot ezt önmaga el tudja végezni azzal, hogy érzékeli a tárgy helyzetét – sőt, akár a térbeli orientációját is. A Mitsubishi-robotok fontos tulajdonsága, hogy 2D- és 3D-látórendszerrel egyaránt felszerelhetők, amelyhez beépített funkciókészlet áll rendelkezésre, garantálva az olyan esetek elkerülését, hogy valami ne működjön jól együtt a rendszerrel (3. ábra).

3. ábra A látórendszer beillesztése a robotvezérlésbe

A Mitsubishi robotjainak másik fontos érzékelési módja a tapintás. Ehhez a robotkarokba erőérzékelőt építenek. Mielőtt az a forradalmi változás bekövetkezett, amelyet az erőérzékelők alkalmazása hozott a robottechnikába, fel kellett tételezni, hogy a robot a mozgásának minden célpozíció-adatát előre ismeri. Ez egyebek közt azt jelenti, hogy a robot nem volt képes ellenőrizni, hogy a kívánt elemet valóban sikerült-e megfognia és pozícióhelyesen elhelyeznie. Egy másik lehetőséget az erőérzékelőknek a minőség-ellenőrzésben történő felhasználása jelent: érzékelni képes ezáltal egy tárgy tömegét és méretét is. Az erőérzékelő segítségével arról is lehet információt kapni, hogy
a robot nem rongálta-e meg a munkadarabot. Az erőszenzort az az SSCNET3/H száloptikai hálózat kapcsolja a robotvezérlő rendszerhez, amelyet a szervotengelyek szinkronizálására is használnak. E hálózat nagy teljesítményét az erőérzékelő lehetőségeivel kombinálva a megbízhatóság igen magas szintje érhető el. A fénykábeles hálózatot ugyanis egyedül csak annak fizikai sérülése képes megszakítani. Az erőérzékelőt a szerelési alkalmazásokban is kiválóan lehet használni. A robotoknak gyakran kell egyes alkatrészeket lyukakba beilleszteniük. Néha a lyukak nem pontosan ott vannak, ahol feltételezésünk szerint lenniük kellene. Ha a robot azt érzékeli, hogy a beillesztési művelet során nagyobb erők keletkeznek, mint az a helyes beillesztések esetén megengedett, helyesbítheti a pozícióját annak az erőnek a karakterisztikái szerint, amely a helyes szerelési pozíció eléréséhez szükséges.

4. ábra A beillesztés pontosságának javítása erőszenzorral

Komoly igény merül fel a robotrendszer flexibilitása iránt is. Egy robotkar többféle feladatot is elláthat. Erre példa a Mitsubishi Electric által megtalált legjobb megoldás, a többfunkciós megfogókészülék (multigripper). Ezt a robotkarra szerelik fel, és négy megfogószelvényből áll. Nagyon hasznos például elektronikai szerelési munkáknál, mivel a robot különféle méretű tárgyakat foghat meg általa anélkül, hogy az adott tárgyhoz tervezett, specifikus megfogókészülékre kellene váltania. Az egyszerű mozgásvezérlő és a beépített multigripper-vezérlő fukciókkal gyorsan lehet használatba vehető alkalmazást kidolgozni. A robotrendszer flexibilitására vonatkozó általános igényre visszautalva a Mitsubishi Electric  robotrendszerének világos előnye mutatkozik: egyetlen rendszer lát el egy egész összetett alkalmazást.

Korszerű ipar = biztonságos ipar

A következő probléma, amely minden ipari alkalmazásban elsődleges fontossággal jelentkezik, a biztonság. Ez egyfelől az operátor biztonsága, másfelől pedig magáé a gépé.
A Mitsubishi Electric termékei megfelelően hatásos biztonsági funkciókkal vannak ellátva. A teljes alkalmazást ellenőrizni kell a jogszabály által előírt biztonsági feltételek szempontjából, amelynek fő célja az ember testi épségének megőrzése. A Mitsubishi Electric iQ-platformjába komplex biztonsági megoldások is be vannak építve. Minden termék csatlakoztatható ehhez a biztonsági rendszerhez, amelyet egyetlen platform egyetlen szoftvermegoldása irányít (5. ábra).

5. ábra A robotvezérlésbe integrált, standard biztonsági rendszer

A CC-Link biztonsági hálózat az elosztott biztonsági rendszer elemeinek összekapcsolására szolgál. Csatlakoztathatók hozzá a biztonsági bemenetek és kimenetek, és olyan biztonsági felszerelések, mint a fényfüggönyök, vészleállító gombok és biztonsági kapcsolók. A biztonsági rendszer másik oldalával olyan eszközök működtethetők, mint a hajtások, inverterek és robotok. Vészhelyzetben ez utóbbiak bármelyikét haladéktalanul és biztonságosan le kell tudni állítani. Az MR-J4 szervohajtáscsalád, valamint az FR-A800 inverterek maguk is fejlett biztonsági funkciókkal (SS1, SS2, SLS, SSM stb.) vannak ellátva. Ezeknek a komplex biztonsági funkcióknak a felhasználásával a gépi berendezés, a gyártási folyamat és a termékek biztonsága egyaránt garantálható.

A robotok tanítása

Végül, de nem utolsósorban egy automatizálási rendszer intelligenciájának fontos jelzője, hogy a robotok mennyire gyorsan és könnyen taníthatók meg feladataikra. Ha egy robotra gondolunk, amely a gyártórendszer más elemeivel működik együtt, nagyon lényeges, hogy a robotot egy-egy új feladatra olyan gyorsan meg lehessen tanítani, amennyire csak lehetséges, mivel ezzel több idő jut a hasznos munkavégzésre. E célra a Mitsubishi Electric a MelfaWorks-szoftvert ajánlja, amely a közismert SolidWorks 3D-tervező programcsomaghoz csatlakozik bővítőmodulként. Manapság igen sok terméket terveznek 3D-módszerekkel. Ha egy tárgy 3D-modelljét ezzel a programmal készítik el, nagyon egyszerűvé válik a feladat, hogyan tanítsuk meg a robotot e tárgy kezelésére. A tágy 3D-modellje ez esetben egyszerűen egy programozási nyelv objektumává válik.
A MelfaWorks egy másik tulajdonsága az a képesség, hogy az egész gyártósort vagy megmunkálógépet is megtervezhetjük a SolidWorks virtuális világában. A tervező összeállíthatja a modellben a mechanikai részeket, a hajtásokat és robotokat, és programozhatja is azokat. Ezáltal lehetőség nyílik az egész gyártósor tesztelésére, mielőtt annak akár egyetlen részét is elkészítették volna a valóságban. Mindezek a funkciók a Mistubishi egyetlen szoftvermoduljába egyesítve érhetők el.

A rendszer összeállítása

Az automatizálási rendszerek megvalósításának leggyakoribb problémája a különféle eredetű technológiák alkalmazásából ered, és a különböző gyártók megoldásainak „találkozási pontjainál” nyilvánul meg. Ezek a problémák nagyon egyszerűen megoldódnak egy közös platform alkalmazásával, amely sokféle megoldást egyesít magában: kommunikációs hálózatokat, hajtásokat, robotokat, látórendszereket, amelyeket eleve a zavartalan együttműködésre terveztek. Léteznie kell továbbá egy olyan lehetőségnek, hogy az egész rendszert egyetlen helyről irányíthassuk. Annak érdekében, hogy az automatizálási rendszert sikerrel valósíthassuk meg, lényeges, hogy találjunk egy jó minőségű, komplex megoldást. Ezt azután az automatizálási rendszerbe úgy helyezzük el, hogy a legnagyobb eredményt hozza a kézi munkavégzéshez viszonyítva, és a legnagyobb mértékben  mentesítsük attól az embereket. Ebben azok a legsikeresebbek, akik komplex megoldásokat választanak.

Szerző : Jakub Kwiatkowski – termékmenedzser – Mistubishi Electric, Robots and Servo&Motion

Mitsubishi Electric Europe B.V.
Balán Péter értékesítési vezető - Magyarország
Mobil: +36 70 3322 372
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
hu3a.mitsubishielectric.com

Még több Mitsubishi Electric

Címkék: robot | hajtás | automatizálás | biztonság | Cognex | gépi látás