Nahtlose Synchronisierung von Robotern und Tracksystemen
Intelligent integriert
Um kleinere Losgrößen und häufige Produktwechsel wirtschaftlich zu meistern, sind adaptive Produktionslösungen eine passende Antwort. Zunehmend werden dafür auch Roboter mit mechatronischen Transportsystemen kombiniert, deren Interaktionen in Echtzeit synchronisiert werden. Der österreichische Anbieter B&R will mit seinen Automatisierungslösungen und seinem Robotikportfolio die Integration in adaptive Produktionssysteme auf ein neues Niveau heben.
Bild: B&R Industrie-Elektronik GmbHBeim Zusammenspiel von Mechatronik, Vision-Systemen und Antrieben mit Robotern in einer Produktionsmaschine zählt vor allem eines: die reibungslose Synchronisation aller Beteiligten im Bereich weniger Mikrosekunden.
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Einfache Programmierung
Als integraler Bestandteil der Maschinenapplikation werden Roboter wie jede andere Automatisierungskomponente in der B&R-Entwicklungsumgebung Automation Studio programmiert und simuliert. Vorkonfigurierte Mapp-Robotics-Softwarebausteine vereinfachen die Erstellung von Maschinenapplikationen mit Roboter. Dabei kann der Entwickler auf neue Funktionen zurückgreifen, die das Zusammenspiel zwischen der mechatronischen Transportlösung AcoposTrak und den Robotern mit geringem Programmieraufwand nach dem Low-Code/No-Code-Prinzip ermöglichen. Das Erlernen spezieller Roboterbefehle entfällt.
Oberstes Ziel von B&R bei der Entwicklung der Engineering-Umgebung für die maschinenintegrierte Robotik war es, die Komplexität der Bewegungen und Abläufe, die sich aus dem mikrosekundengenauen Zusammenspiel von Roboterkinematik und mechatronischem Transportsystem ergeben, so weit wie möglich vor dem Anwender zu verbergen. Daher wird die gesamte Maschinenstruktur und -hierarchie in der Softwareapplikation abgebildet, wobei ein einziges übergeordnetes Koordinatensystem (Global Coordinate System, kurz GSC) für alle Komponenten verwendet wird. Abhängigkeiten und Hierarchien können einfach konfiguriert, leicht verständlich visualisiert und auch zur Laufzeit geändert werden.
Bild: B&R Industrie-Elektronik GmbHAutomatische Visualisierung
Das einheitliche Koordinatensystem GCS wird z.B. für die Visualisierung von Prozessen verwendet. Wenn der Entwickler eine Anwendung erstellt, generiert der Automation Studio Scene Viewer automatisch eine Ansicht der kompletten Maschine, in der die Interaktionen zwischen Robotern, Tracksystem-Shuttles und den zu handhabenden Produkten dargestellt werden. Der gemeinsame Bezugspunkt ist das globale Koordinatensystem. Es erleichtert die Programmierung, da die Bewegungen der Roboter nur in Bezug auf ein bestimmtes Shuttle definiert werden müssen. Die absolute Position des Shuttles in der Maschine muss nicht berücksichtigt werden.
Vorteile ergeben sich auch bei der Inbetriebnahme. Da alle Systeme - Shuttles, Roboter und Kamera - über das GCS verbunden sind, lassen sich installationsbedingte Positionsabweichungen mit wenig Aufwand kalibrieren. Verschiebt sich z.B. die Aufstellposition des Tracksystems um ein paar Zentimeter, wird dies automatisch in den Roboterbewegungen berücksichtigt. Wird ein anderes Werkzeug auf den Roboter montiert, bleiben dessen Bewegungen mit dem Shuttle synchron - und das alles ganz ohne manuelle Umprogrammierung.
Bild: B&R Industrie-Elektronik GmbHDynamisches Pick & Place
Ein Ziel von B&R ist auch, die Leistung des Roboters zu verbessern. "Anstatt mit konstanten Antriebswerten und fixen Arbeitsbereichen beim Roboter zu arbeiten, bringen wir die Anpassungsfähigkeit der gesamten Maschine nun auch in den Pick&Place-Prozess", erklärt Brandstetter. Die Lösung berücksichtigt bei der geometrischen Planung das dynamische Verhalten der Roboterhardware, so dass der Roboter-TCP immer die passende Bahn fährt. Dadurch kann der Durchsatz um bis zu 10 Prozent gesteigert werden. Auch die Begrenzung des Jerks und damit die Beschleunigung des Roboters werden automatisch an die aktuell transportierte Last angepasst. Das kann den Durchsatz um bis zu 20 bis 30 Prozent steigern.
Mit den Funktionen First Leaving Workspace und Distance to Process Point wird die Pick-Strategie automatisch verbessert. Die Position der zu greifenden Werkstücke auf dem Förderband wird über das vollständig in den Automatisierungsverbund integrierte Vision-System übermittelt. In Echtzeit wird entschieden, welches Teil in welcher Reihenfolge gegriffen wird. Ausschlaggebend für die Entscheidung ist, welches Produkt als nächstes den Arbeitsbereich des Roboters verlässt oder welches Teil einem frei definierbaren Bearbeitungspunkt am nächsten liegt. Das ermöglicht eine hohe Auslastung des Roboters, indem sichergestellt wird, dass kein Produkt den Arbeitsbereich ungepickt verlassen kann. Die Bearbeitungsstrategie wird mit geringem Aufwand angepasst und die Pick-Rate deutlich erhöht.
Auch in Szenarien, in denen mehrere Pick&Place-Roboter eingesetzt werden, unterstützt Mapp Robotics den Konstrukteur. Integriert wurde eine automatische Kollisionsvermeidung mit überlappenden Arbeitsbereichen, so dass Kinematiken auf kleinem Raum enger zusammenrücken können. Eine neue Multi-Grip-Funktion steigert die Produktivität. Sie ermöglicht komplexere Pick-Sequenzen, indem mehrere Werkstücke gegriffen und an verschiedenen Stellen abgelegt werden können. Da sich die Last bei jedem Zyklus ändert, ist die dynamische Traglastanpassung in diesem Modus besonders sinnvoll.
Integrierte Kinematiken
Bei den Codian-Robotermechaniken von B&R steht die Offenheit der Lösung im Fokus. Der Kunde kann die Deltakinematik mit einer Steuerung und einem Antrieb seiner Wahl ausrüsten oder komplett in die Automatisierung von B&R integrieren. Im zweiten Fall profitiert er von allen Vorteilen der Integration, z.B. engere Synchronisation oder einfachere Pick&Place-Programmierung. Vordefinierte Funktionsbausteine erleichtern die Programmierung der Bewegungsabläufe. Es wird nur eine Steuerung und ein System für Entwicklung, Diagnose, Bedienung und Wartung benötigt - ein separater Roboterschaltschrank kann entfallen. Da weniger Komponenten benötigt werden, verringert sich der ökologische Fußabdruck der Anlage.
Die Codian-D2-Kinematiken werden z.B. in der Endverpackung, in der Kosmetikindustrie, in der Unterhaltungselektronik oder im Pharmabereich eingesetzt - immer dort, wo zweiachsige Bewegungen für präzises Pick&Place erforderlich sind. Die D4-Deltaroboter sind hingegen für die Beladung von oben konzipiert, wenn bewegliche Förderbänder eingesetzt werden. Sie punkten besonders bei schnellen Produktionslinien. Müssen Produkte gedreht oder gekippt werden, stehen die fünfachsigen Deltaroboter der Baureihe D5 zur Verfügung: Zwei parallele Achsen machen die Roboter flexibel. Eine Achse dreht das Produkt, die andere kippt es gleichzeitig. Alle drei Baureihen sind für hohe Traglasten geeignet und können bei Förderbandgeschwindigkeiten bis 60m/min Produkte sortieren, gruppieren oder zuordnen. Mit der Schutzart IP69K sind die Codian-Deltas auch für den Einsatz in der hygienesensiblen Lebensmittel- und Getränkeindustrie gerüstet.
Um kleinere Losgrößen und häufige Produktwechsel wirtschaftlich zu meistern, sind adaptive Produktionslösungen eine passende Antwort. Zunehmend werden dafür auch Roboter mit mechatronischen Transportsystemen kombiniert, deren Interaktionen in Echtzeit synchronisiert werden. Der österreichische Anbieter B&R will mit seinen Automatisierungslösungen und seinem Robotikportfolio die Integration in adaptive Produktionssysteme auf ein neues Niveau heben.
Bild: B&R Industrie-Elektronik GmbHBeim Zusammenspiel von Mechatronik, Vision-Systemen und Antrieben mit Robotern in einer Produktionsmaschine zählt vor allem eines: die reibungslose Synchronisation aller Beteiligten im Bereich weniger Mikrosekunden.Bild: B&R Industrie-Elektronik GmbH
B&R Industrie-Elektronik GmbH
Dieser Artikel erschien in ROBOTIK UND PRODUKTION 6 (Nov) 2023 - 30.10.23.Für weitere Artikel besuchen Sie www.robotik-produktion.de
