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Roboter-Kits für "Do-It-Yourself"-Verpackungssystem-Design

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Mit der modularen Programmierung und den Gelenkarm-Kits können Sie Ihr eigenes roboterbasiertes Verpackungssystem entwerfen.

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Zwei Faktoren gaben Robotern und Herstellern viele Jahre lang die Möglichkeit, Geräte für den Verpackungsmarkt zu entwickeln: Patente und das spezielle kinematische Wissen, das zur Programmierung von Roboterbewegungen erforderlich ist. Während die Roboterarme zum Patent angemeldet waren, enthielten die Steuerungen die einzigartigen Bewegungsalgorithmen, die erforderlich waren, um die komplexe Bahnplanung, Mischung und Auflösung mehrerer Trajektorien zum gleichen Punkt zu bewältigen. So waren Robotergelenke und spezifische Steuerungen ausschließlich für Roboterentwickler bestimmt.

Die Bedingungen haben sich jedoch geändert. Das Patent auf die 3-achsigen Delta-Roboter - die erkennbaren "Spinnenarme", die typischerweise über einem Arbeitsplatz montiert sind und zum Bespielen und Platzieren mit leichten Gegenständen verwendet werden - ist abgelaufen. Die 3-achsigen Delta-Roboter und die 2-achsigen Versionen werden sowohl in primären (Produkt-Pick and Place) als auch in sekundären (Kartonierung und Kartonierung) Verpackungssystemen eingesetzt. Jetzt sind diese Arme als "Kits" für diejenigen erhältlich, die ihre eigenen auslagern oder gestalten möchten.

Was die Steuerungen betrifft, so gibt es keine Robotersteuerungen mehr, die ausschließlich für Roboterhersteller bestimmt sind. Offene Architektursysteme ersetzen nicht nur Robotersteuerungen, sie ersetzen auch die Steuerung der Verpackungsmaschine und die SPS.

Es ist noch nicht ganz einfach, mit diesen "Do-if-yourself"-Kits ein eigenes Robotersystem zu entwickeln. Daher sind hier ein paar Tipps, um den Prozess der Erstellung eines eigenen roboterbasierten Systems zu erleichtern

verpackungssystem.

Überlegungen zur Anwendung. Knickarmrobotersysteme eignen sich traditionell für das Verpacken und Palettieren von Kartons, kleinere Versionen für das Aufrichten, Füllen und Verschließen von Kartons. Portal- und Portalsysteme werden typischerweise für die traditionelle Palettierung sowie für den Umschlag von schweren Nutzlasten und niedrigeren Geschwindigkeiten eingesetzt.

Der erste Schritt, um sicherzustellen, dass ein Roboter die für diese Aktionen erforderliche Bewegungsfreiheit bietet, besteht darin, den richtigen Arm für die jeweilige Aufgabe auszuwählen. Das 3-achsige Delta bewältigt hohe Geschwindigkeiten und leichte Lasten, eine Kategorie, die voraussichtlich zunehmen wird, da das Konzept vor einem Jahr in Europa und Ende 2007 in den USA öffentlich zugänglich wurde. Das 2-achsige Delta bewältigt schwerere Nutzlasten, bietet eine größere Reichweite in den Fällen und das Zusammenstellen. Sie ist ein beliebter Arm für den aktuellen Trend zur Anwendung der Robotik in der Sekundärverpackung. Beide Versionen können jedoch zusätzliche Servoachsen erfordern, um ihre Funktionen zu erfüllen.

Überlegungen zur Bewegungssteuerung. Die fortschrittlichen mathematischen Algorithmen sorgen für eine reibungslose Koordination der verschiedenen Gelenke, Handgelenkbewegungen und linearen Verfahrwege eines Roboterarms. Während einige einfache Portale Punkt-zu-Punkt-Positionierung verwenden, kommen die tatsächlichen Wirkungsgrade, wenn die Bewegungen flüssig, schnell und auf den Werkzeugmittelpunkt (TCP) fokussiert sind. Es ist dieser Punkt, der das Maschinendesign und das Design der Roboterbewegung unterscheidet.

Bei Robotern beziehen sich die Bewegungen auf den TCP und nicht auf einzelne Achsen. Die Bewegungen werden durch die Zielposition und die Art der Bewegung des Roboterarms durch einen Satz von Trajektorien für jede Servoachse definiert. Die Trajektorien werden individuell berechnet und durch eine virtuelle Nockenwelle synchronisiert. Die verschiedenen mechanischen Komponenten arbeiten im Gleichklang und können dynamisch angepasst werden.

Die Steuerung berechnet zur Laufzeit für jeden Motor die erforderlichen Trajektorien, so dass der Werkzeugweg zu diesem Zeitpunkt leicht geändert werden kann.

Abhängig von der Steuerungssoftware und dem Manipulator innerhalb eines bestimmten Bereichs oder Arbeitsbereichs sind unterschiedliche Freiheitsgrade möglich. Kartesische Bewegungen sind dem Steuerungssystem inhärent. Sowohl die Bewegung als auch die Mechanik sind flexibel.

Kommerziell verfügbare Entwicklungswerkzeuge. In den letzten drei Jahren wurden Toolkits für die Bewegungssteuerung eingeführt, um den Bedarf an speziellen kinematischen Fähigkeiten zu decken. Die Kits bieten Robotik-Bibliotheken, mit denen Sie kartesische Bewegungen wie bei einer konventionellen Maschine in einen IEC 61131-3 Funktionsblock programmieren können. Die Anwendung eines Transformationsfunktionsblocks führt dann alle notwendigen Kinematiken durch.

Wenn alle Maschinenfunktionen in Funktionsblöcke eingebettet sind, ist es möglich, Programme in einer modularen Struktur zu entwickeln, die Diagnose, Wiederverwendbarkeit und Reaktion auf Eingaben verbessert.

Robotersysteme können dann als Module konzipiert werden, die durch verkettete Funktionsblöcke miteinander verbunden sind, um die notwendige Transformation (auch bekannt als "trafo") durchzuführen. Zum Beispiel für einen bekannten 6-achsigen Knickarmroboter, sowie einen Trafo für die Handgelenkbewegung und einen Trafo für die Werkzeugbetätigung am Ende des Armes.

Wie ein ARC-Bericht kürzlich feststellte: "Die Maschinenmodularität ermöglicht es Maschinenbauern, eine Verpackungsmaschine basierend auf funktionalen Subsystemen wie Flaschenkarussells, Etikettierern und Verpackungsmaschinen zu konfigurieren. Die Integration eines Roboter-Manipulators nutzt das Konzept der Modularität weiter...."

Worauf Sie bei Development Kits achten sollten. Roboter sind in der Lage, einige G-Kräfte zu entwickeln, und zu viel kann die Haltekraft des Greifers am Produkt überwinden. Achten Sie daher auf eine intelligente Beschleunigungsüberwachung, um Beschleunigungen und Geschwindigkeiten zu begrenzen und die daraus resultierenden Zentrifugalkräfte einzudämmen.

Die Bewegungsbefehle sollten Punkt-zu-Punkt-, Linear- oder Kreisinterpolation und Splines beinhalten. Spline-Kurvenalgorithmen bilden einen kontinuierlichen Weg zwischen Start- und Zielpunkt ab. Suchen Sie nach einer geometrischen Mischfunktion, um die Zykluszeiten zu verkürzen, indem Sie den Weg "mischen", um Geschwindigkeit und zurückgelegte Wegstrecke bis zum Zielpunkt zu optimieren. Sie sollten Ihre Kriterien für Zielpunkt, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Ruck definieren können.

Das Programm sollte sowohl die Vorwärts- als auch die Rückwärtsbewegung auf dem gleichen Weg halten - und das ist schwieriger, als es zunächst erscheinen mag, wie ein Backup in Ihrem Auto bei 60 mph. Ebenso sollte es während eines Not-Aus auf dem Weg bleiben.

Das Programm sollte auch in der Lage sein, periphere Bewegungen wie Indexer, Wickler und Verschließmechanismen präzise auszulösen.

Andere Überlegungen. Es ist einfacher und die Reaktionszeit schneller, die Robotik in die Abläufe der Verpackungsmaschine zu integrieren, wenn die Steuerung in einer einzigen Steuerung zentralisiert ist. Die Steuerung muss dann jedoch leistungsfähig genug sein, um einen oder mehrere Roboterarme und alle damit verbundenen Funktionen, wie z.B. Gurtverfolgungs- und Sichtsysteme, zu steuern.

Viele Anbieter von Steuerungen behaupten heute, dass die Robotersteuerung zu ihren Tricks gehört. Aber mehrere Funktionen können stark variieren, darunter: einfache Entwicklung, einfache Bedienung, Integration mit dem Rest der Verpackungsmaschine und die Reaktionszeit zur Anpassung einer laufenden Bewegung, wie z.B. Änderung der Bandgeschwindigkeit und nur der Gleitgeschwindigkeit. Gründliche Tests werden die Unterschiede zwischen den Lieferanten aufzeigen.