Vereinfachung der Überkopf-Bedienung von Maschinen durch Automatisierung mit langen Verfahrwegen

Kartesische Roboter eignen sich für Depalettieranwendungen.

Fertigungs- und Verpackungsbetriebe mit manuellem Material- oder Teilehandling können unmittelbar von der Automatisierung mit kartesischen Robotern mit langem Verfahrweg profitieren, die über ein kundenspezifisches End-of-Arm-Tooling (EoAT) und fortschrittliche Erkennungsfunktionen verfügen. Diese Roboter können eine Vielzahl von Maschinen unterstützen, um ansonsten manuelle Aufgaben zu übernehmen, wie z. B. die Maschinenbedienung oder den Transport von Teilen im Prozess.

Kartesische Roboter bestehen aus zwei oder mehr koordinierten linearen Positioniertischen ... und sind daher vielleicht nicht das Erste, was einem Konstrukteur in den Sinn kommt, der sich mit Automatisierung beschäftigt. Viele setzen Roboter mit der sechsachsigen Knickarmrobotertechnik gleich, die in der Industrie zunehmend in den Werkshallen eingesetzt wird. Selbst erfahrene Automatisierungsingenieure halten kartesische Roboter vielleicht für zu kurz gegriffen ... und konzentrieren sich auf sechsachsige Modelle. Die Vorteile eines kartesischen Systems mit langem Verfahrweg zu ignorieren, kann jedoch ein kostspieliger Fehler sein - insbesondere bei Anwendungen, bei denen der Roboter folgende Aufgaben erfüllen muss:

1. Mehrere Maschinen zu bedienen

2. Lange Strecken zurücklegen

3. Einfache und sich wiederholende Tätigkeiten ausführen.

Das Problem mit Sechs-Achs-Robotern

Aus gutem Grund sind Knickarmroboter in unzähligen automatisierten Fertigungs- und Verpackungsanlagen zu finden, insbesondere in der Elektronikmontage und in der medizinischen Industrie. Bei richtiger Größe können solche Roboterarme große Traglasten handhaben und bieten die Flexibilität, viele verschiedene automatisierte Aufgaben auf Befehl auszuführen (und durch Werkzeugwechsel am Ende des Arms zu ergänzen). Sechsachsige Roboter können jedoch teuer sein und erfordern eine hohe Roboterdichte. Letzteres ist ein Begriff, der darauf hinweist, dass eine Anlage wahrscheinlich einen separaten Roboter für jede ein oder zwei Verpackungsmaschinen benötigt. Natürlich gibt es größere und teurere Sechs-Achs-Roboter mit Reichweiten für mehr als ein paar Maschinen, aber selbst diese sind suboptimale Lösungen, weil sie die Anlagenbauer zwingen, die Maschinen um einen sehr großen Roboter herum zu positionieren. Knickarmroboter erfordern außerdem Sicherheitsvorkehrungen, verbrauchen wertvolle Stellfläche und erfordern die Programmierung und Wartung durch qualifizierte Mitarbeiter.

Das Argument für kartesische Linearsysteme mit langen Verfahrwegen

Kartesische Roboter sind den sechsachsigen Robotern vor allem deshalb überlegen, weil sie die erforderliche Roboterdichte reduzieren. Schließlich kann ein kartesischer Transferroboter mit langem Verfahrweg mehrere Maschinen bedienen, ohne dass die Maschinen um den Roboter herum neu angeordnet werden müssen.

Transferroboter, die oberhalb der Maschinen installiert sind, benötigen keine Bodenfläche ... was wiederum die Anforderungen an die Sicherheitsvorkehrungen reduziert. Außerdem erfordern kartesische Roboter nach der Erstinstallation nur wenig Programmierung und Wartung.

Ein Nachteil ist, dass die Fähigkeiten der kartesischen Robotersysteme sehr unterschiedlich sind. Wenn Ingenieure im Internet nach kartesischen Robotern suchen, werden sie viele kleinere Systeme finden, die für Pick-and-Place-Operationen an Produktions- oder Montagemaschinen optimiert sind. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um Lineartische, die in kartesische Lösungen von der Stange eingebaut sind - ganz anders als die Transferroboter, die bei größeren Operationen eingesetzt werden und die folgenden Parameter erfüllen müssen.

Lange Verfahrwege: Jeder Roboter, der zur Bedienung mehrerer großer Maschinen angeschafft wird, muss Verfahrwege von 50 Fuß oder mehr haben.

Mehrere Schlitten und kundenspezifisches End-of-Arm-Tooling: Lange Transferroboter sind maximal effektiv, wenn sie mit mehreren unabhängig voneinander arbeitenden Schlitten ausgestattet sind, die die Hauptachse verfahren ... so dass ein bestimmter kartesischer Roboter die Arbeit von vielen erledigen kann. Diese Produktivität wird durch speziell angefertigte Werkzeuge noch gesteigert, mit denen Güter effektiver gehandhabt werden können als mit handelsüblichen EoAT wie Vakuum- oder Fingergreifern. In vielen Fällen können kundenspezifische EoAT auch die Konstruktion von Materialhandhabungssystemen vereinfachen, die mit dem kartesischen Roboter zusammenarbeiten.

Vereinfachte Steuerungsarchitektur: Einige neuere kartesische Roboter verzichten auf die traditionelle Steuerungsarchitektur mit separaten Motoren, Antrieben und Steuerungen und verwenden stattdessen integrierte Servomotoren (komplett mit Servoantrieben), so dass kein Schaltschrank erforderlich ist. Die komplexesten kartesischen Roboteranwendungen können immer noch eine herkömmliche Architektur erfordern ... aber integrierte Servomotoren bewältigen die Punkt-zu-Punkt-Bewegungssteuerungsanforderungen der meisten kartesischen Roboter mit Leichtigkeit. Wenn ein Konstrukteur integrierte Servomotoren verwenden kann, kann er den Kostenvorteil einer kartesischen Automatisierung maximieren.

Selektiver Einsatz: Da kartesische Roboter über oder hinter den Maschinen montiert werden, die sie bedienen, können die Benutzer die Maschinen bei Bedarf auch manuell bedienen - zum Beispiel für einen kurzen Durchlauf in einer speziellen Größe. Dieser selektive Einsatz ist bei bodenmontierten sechsachsigen Robotern schwierig, da sie den Zugang zu den Maschinen blockieren können.

Spezifisches Beispiel eines kartesischen Roboters

Einige kartesische Roboter bieten Hübe von mehr als 50 Fuß und erreichen dabei Geschwindigkeiten von bis zu 4 m/sec. Die Standardschlitten können mit einem Doppelriemenantrieb ausgestattet sein; einige andere Schlitten enthalten einen oberen Antriebsriemen, der kontinuierlich in einer Schleife läuft. Letzteres verhindert den Durchhang des Riemens bei umgekehrter oder freitragender Anordnung und ermöglicht den gleichzeitigen Betrieb mehrerer unabhängiger Schlitten auf einer Achse.

Lange Riemen erschweren die Konstruktion von kartesischen Robotern, da sie die Steifigkeit des Antriebsstrangs verringern (was wiederum die Leistung beeinträchtigt). Das liegt daran, dass es schwierig ist, bei langen Riemen einen bestimmten Spannungswert beizubehalten ... und (was die Sache noch schlimmer macht) die Riemenspannung ist asymmetrisch und variabel. Das macht lange Umlaufriemen zu einer leistungsschwachen, heiklen und kostspieligen Wahl für eine genaue Positionierung.

Im Gegensatz dazu halten Lineartische mit beweglichem Motor die Riemenlänge kurz und straff und sind innerhalb des Schlittens untergebracht, so dass sie auf Steuerungen mit Encoder-Informationen reagieren können. Die Genauigkeit bleibt unabhängig von der Länge des kartesischen Transfersystems erhalten - ob 4 m oder 40 m.

Anwendungsbeispiel in der Verpackungsindustrie

Kartesische Roboter-Transfereinheiten mit langem Verfahrweg werden bei der Zuführung, Kartonierung und Traybildung eingesetzt und können Palettier- und Depalettiervorgänge durchführen.

Nehmen wir die Verpackung von Produkten. Bei einer kürzlich durchgeführten Anwendung für ein landwirtschaftliches Verpackungsunternehmen im kalifornischen Central Valley lieferte ein Hersteller Transferroboter mit langem Verfahrweg, die sich nahtlos in das vorhandene IPAK-Trayformersystem einfügen. Jeder Roboter bedient bis zu vier Maschinen gleichzeitig und befüllt sie mit gestapelten Wellpappbögen. Die dreiachsigen Portalroboter basieren auf hochbelastbaren, riemengetriebenen Linear-Servomotortischen für unbegrenzte Verfahrwege, unabhängig voneinander bewegliche Schlitten und die Möglichkeit, den Tisch in jeder beliebigen Ausrichtung zu montieren. Die längste Achse eines solchen Roboters läuft mit einem Hub von mehr als 50 Fuß über die Bank von Trayformern.

Um die Wellpappebögen in die vier Trayformer zu befördern, entnimmt ein Roboter zunächst eine Ladung Karton von einem speziell angefertigten Dock, das Paletten mit Wellpappebögen enthält. Anschließend liefert der Roboter eine Kartonladung an jeden Trayformer. Dank seiner Geschwindigkeit (bis zu 4 m/sec) kann der Roboter problemlos vier Trayformer bedienen - selbst bei einer Leistung von 35 Trays pro Minute.

Die Sicherheitsabsicherung erfolgt über oben liegende Schiebetore und Sensoren, die bei Bedarf den Roboter umzäunen - eine Lösung, die weniger kostspielig ist als die für am Boden montierte sechsachsige Roboter.

Zu diesem System gehören auch alle Steuerungen und ein kundenspezifisches EoAT, das in der Lage ist, mit Stapeln von Wellplatten zu arbeiten, die in Höhe und Gewicht unvorhersehbar variieren. Das Werkzeug kann Nutzlasten von bis zu 50 kg ohne Probleme handhaben. Die Lösung entlastet die Bediener, die früher Kartonbündel von Paletten heben und sich bücken mussten, um sie in die Formungsmaschinen zu legen. Große Transferroboter sind nur ein Beispiel dafür, was mit kartesischen Robotersystemen in Verpackungsanlagen möglich ist. Einige Anbieter haben auch Palettier- und Depalettiersysteme entwickelt, die auf ähnlichen kartesischen Ansätzen basieren. Alle diese Roboter verwenden drei Lineartische, die mit Sensoren, Steuerungen und End-of-Arm-Tools ausgestattet sind, um eine maximal effektive und effiziente Verpackungsautomatisierung zu gewährleisten.