• Úvod
  • Odborné články
  • MP LINE: Automatizácia (nielen) vstrekovacieho procesu pomocou kolaboratívneho robota Universal Robots

MP LINE: Automatizácia (nielen) vstrekovacieho procesu pomocou kolaboratívneho robota Universal Robots

MP LINE: Automatizácia (nielen) vstrekovacieho procesu pomocou kolaboratívneho robota Universal Robots

Dnešná doba dospela v oblasti výrobných procesov, automatizácie a robotiky do fázy, kedy mechanicky, elektricky i softwarovo môžu vznikať veľmi sofistikované systémy pre automatizáciu.

Současně ruku v ruce vzrostly požadavky na kvalitu výroby a výrobu v co nejkratších cyklech. Zejména to platí pro procesy na vstřikovacích strojích.

Moderní robotika pro vstřikovací stroje tedy využívá 2 základních typů robotů:
A/ Lineární manipulátory – výhodou je jednoduché programování, jednoduché lineární pohyby na dlouhé vzdálenosti!, ekonomičtější a levnější pro jednoduché aplikace typu „Pick and place“, jednoduše zaimplementovaná ochrana formy a vyhodnocení pozice v prostoru. Nevhodné je použití pro složitější aplikace, kdy nasazení dalších rotačních os velmi snižuje nosnost robota a výrazně jej zdražuje.

B/ Víceosé (6-ti) roboty – lze využít pro složitější aplikace s relativně krátkým dosahem a limitovanou nosností, složitější integrace (ochrana formy světelnou bránou), velmi výhodné v okamžiku, kdy je nutné využít rotační pohyby ve formě nebo mimo ni. Nevýhodou snížení nosnosti u dlouhých koncových prvků (chapadlech).
Pozn. Dříve využívané pneumatické roboty jsou již na ústupu (v ČR používané pouze jako jednoduché „tahače vtoků“ zejména u menších vstřikolisů). Ale pro spoustu jednoduchých aplikací to může být stále velmi ekonomické řešení. Další typy robotů jako Scara nebo Delta se pro obsluhu vstřikolisů nehodí a takto se ani nevyužívají.

Většina nových vstřikolisů je již připravena na instalaci robota – jak lineárního nebo šestiosého. Standardizované rozhraní mezi robotem a vstřikolisem určují tyto technická doporučení Euromap:
E67 – elektrické rozhraní pro komunikaci robota a vstřikolisu
E18 – mechanické rozhraní pro montáž robota

Kolaborativní robot Universal Robots 
  

Kolaborativní robotika
Na světě je cca 13 výrobců robotů, kteří nabízejí kolaborativního robota. Každý z výrobců na to jde ovšem svou vlastní cestou.

Všichni výrobci přibližující se oblasti kolaborativních robotů uvádějí, že uvedli na trh „PRVNÍ SKUTEČNĚ SPOLUPRACUJÍCÍ ROBOT NA SVĚTĚ“. Z toho je jasné, že vymezení pojmu kolaborativní robot je velmi obtížné a individuální.

Kolaborativní robot = robot, uzpůsobený pro spolupráci s lidmi nebo lidi nahrazující. Má řešenou bezpečnost tak, aby nezranil, případně v extrémních případech způsobil bolest pouze „dovoleným způsobem“.

V současné době není legislativa v této oblasti zcela jednoznačná a celý obor kolaborativní robotiky tak trochu předběhl svou dobu. Aplikace pro kolaborativní roboty existují, firmy tuto možnost automatizace žádají a mají pro ni uplatnění, ekonomicky to dává smysl, ale není určeno, jak by měl kolaborativní robot reagovat při případném kontaktu s člověkem. Tím pádem každý z výrobců přistupuje k tomuto oboru různými způsoby.

Kolaborativní robot Universal Robots 
  

Typy robotů

• UR3
Nosnost 3 kg, dosah 500 mm. Hmotnost 11 kg, opakovatelná přesnost ±0,1 mm. Spotřeba el. energie min. 90 W, typicky 125 W, max. 250 W. Stupeň krytí IP 64, rozsah pohybů na všech kloubech ± 360°.

• UR5
Nosnost 5 kg, dosah 850 mm. Hmotnost 18,4 kg, opakovatelná přesnost ±0,1 mm. Spotřeba el. energie min. 90 W, typicky 150 W, max. 325 W. Stupeň krytí IP 54, rozsah pohybů na všech kloubech ± 360°.

• UR10
Nosnost 10 kg, dosah 1300 mm. Hmotnost 28,9 kg, opakovatelná přesnost ±0,1 mm. Spotřeba el. energie min. 90 W, typicky 250 W, max. 500 W. Stupeň krytí IP54, rozsah pohybů na všech kloubech ± 360°.

Technické možnosti vycházejí z vlastností jednotlivých velikostí robotů Universal Robots. Společné pro všechny velikosti je:

  • Opakovatelná přesnost ±0,1 mm,
  • Certifikace TUV Nord, EN ISO 13849:2008 PLd, EN ISO 10218-1:2011, Clause 5.4.3
  • Kontrolní skříň s dotykovým displayem 12“, stupeň krytí IP20.
  • 16+16 digitálních vstupů/výstupů 24 VDC v řídící skříni.
  • TCP/IP 100 MBit, Modbus TCP, Profi net, EthernetIP
  • Napájení 100 -240 VAC, 50 – 60 Hz.

Universal Robots nabízí všem zákazníkům veškeré podklady a podpůrné nástroje ZDARMA. Zaškolení pro České zákazníky v Praze je také ZDARMA.
Pozn. Pro aplikace na vstřikolisech je možné (nutné) vybavit robota opcí Euromap 67 pro komunikaci se vstřikovacím strojem.

Kolaborativní robot Universal Robots 


Bezpečnost v podání Universal Robots
Universal Robots řeší problematiku bezpečnosti tak, že robot má několik úrovní bezpečnostního nastavení. Při pohybu je schopen vyhodnocovat působení vnějších sil a na základě bezpečnostního nastavení se dle toho chovat. Změnou úrovně bezpečnosti se robot chová buď „bezpečněji“, tj. na místech s pohybem obsluhy jsou rychlosti a kinetické energie jsou sofistikovaným způsobem omezeny. Nebo na místech s bezpečným rychlým pohybem (mimo pohyb obsluhy), lze nastavením robota zrychlit, zkrátit cykly, při snížení citlivosti k vnější síle.

Důležitým nastavením v robotu pro jeho správnou funkci v bezpečnostním režimu je zadání správné hmotnosti a polohy těžiště. Tím je robot schopen rozlišit, zda síla vznikající při pohybu daným zrychlením a danou rychlostí je vnější síla od člověka (nebo překážky), či je to pouze zatížení dané uchopovačem příp. výrobkem. Nastavení lze v průběhu programu měnit (když máme uchopovač s hmotností 2 kg a vezmeme díl o hmotnosti 5 kg, tak lze v okamžiku uchopení tyto poměry přenastavit). Bezpečnostní režimy lze také přepínat v průběhu cyklu, tzn. v určité oblasti lze využívat nastavení s plnou rychlostí, v oblasti možného výskytu lidí pak zabezpečený (people friendly) režim.

Tento způsob řízení bezpečnosti je dlouhodobě opakovatelný a udržitelný. Řešení např. bezpečnostními skenery, gumovým obložením robota, senzorickou kůží, očním kontaktem s očima na obrazovce atd. zatím nedává dlouhodobé kvalitní výsledky.

Analýza rizik
Důležitým prvkem bezpečnosti potom koncový nástroj jeho konstrukce. Robot samotný je certifikovaný z hlediska bezpečnosti. Pro celkovou bezpečnost pracoviště je důležitý způsob integrace (umístění atd.) a koncový prvek (chapadlo). Pro vysokou bezpečnost je nutné pro každou aplikaci vytvořit tzv. analýzu rizik, kde jsou možné způsoby kontaktu s člověkem shrnuty a vyhodnoceny z hlediska bezpečnosti.

Zajímavou funkcí robotů Universal robots je režim Freedrive. Je to možnost odbrzdit a uvolnit všechny osy při programování tras tak, že lze volně rukou přesouvat robota z pozice do pozice a tím naučit danou trasu. Tím se zjednodušuje a urychluje programování robota. Další nepřímým důsledkem kolaborace robota je možnost jezdit na vymezené dráze přesně kontrolovanou silou. Díky tomu lze například kontrolovat a vyhodnocovat proces zakládání zálisků, ve chvíli, kdy zálisek netrefí do správné pozice, robot vyhodnotí velkou sílu a přejede zpět do počáteční pozice. Velmi ceněnou funkcí pokus o několikanásobné založení (programovatelné). Takto může robot vyzkoušet založení několikrát, dokud se nepovede.
Hlavní uplatnění kolaborativních robotů je primárně na montážní práce. Sekundární nasazení je pro vstřikolisy, kdy možné s výhodou využít unikátní vlastnosti kolaborativních robotů Universal Robots:

  • Aplikace, kde člověk nemůže z bezpečnostních nebo procesních důvodů zasahovat do cyklu
  • Aplikace, kde kolaborativním robotem nahradíme stereotypní a opakují se činnost člověka.

Kolaborativní robot Universal Robots 
  

Kolaborativní robot u vstřikolisu
A/ Pro uplatnění na vstřikolisech dává smysl usazení robota „nahoře na lise“, jelikož tím jsme schopní zajistit bezpečnost obsluhy vstřikolisu relativně jednoduše. Zároveň se tím zvětšuje velikost bezpečné zóny s maximální rychlostí pohybu. Robot při vyjímání výlisků zajíždí do vstřikolisu chráněného bezpečnostními dveřmi. V oblasti mimo vstřikolis (odkládání na dopravník) pak může jet v kolaborativním režimu a neohrozí obsluhu. V případě nutnosti stříhat vtoky lze stříhací stanici umístit nahoru nad vstřikolis do bezpečné zóny, kde člověk nemá přístup.

Nebezpečné činnosti jsou tedy vykonávány mimo dosah člověka a robot může přijít do kontaktu s člověkem pouze v „bezpečné“ oblasti. Robot může pracovat BEZ oplocení.

  • Výhody – díky lehké konstrukci robot neovlivní vstřikolis, instalace nahoru na vstřikolis je velmi snadná, velmi jednoduché programování, malé zástavbové rozměry robota i řídící skříně.
  • Technická omezení - vzhledem k dosahu se hodí na malé a střední vstřikolisy, nosnost robota klesá s vysazením uchopovače od příruby. Při umístěním na vysoké vstřikolisy je nutné řešit odkládací výšku např. šikmým dopravníkem.

B/ Další možností je umístit robota za (nebo před) vstřikolisem. V této pozici je nutné zajistit otevřené dveře vstřikolisu a musí být instalováno bezpečnostní oplocení. Oplocení je potřeba nikoliv kvůli robotu, ale kvůli bezpečnosti vstřikolisu. Tím se ztrácí určitá ekonomická výhoda jako v případě umístění na lise, kde není nutné použít bezpečnostní oplocení.

  • Výhody – lze použít i na větší vstřikolisy, není problém s odkládací výškou.
  • Omezení – nutno zajistit otevřené dveře vstřikolisu a přidat bezpečnostní oplocení.

Kolaborativní robot Universal Robots 
  

Př. 1 / Aplikace kolaborativního robota při vyjímání výlisků.
Původní takt s operátorem 55 s, nový takt s kolaborativním robotem 35 s. Operátor pouze odebírá díly z pásu a balí do beden.
Přínosy – lehká a levná konzola, jednoduchá a rychlá instalace, zrychlení taktu, možnost řešit složité pohyby při odběru díky 6 kloubům, není použito bezpečnostní oplocení, zrychlení taktu o cca 35%. Odnětí většiny stereotypních a únavných činností operátora (vyjímání výlisků, otvírání a zavírání dveří, ořez vtoků). Vyřešení odběru dílů, který by lineárním robotem nebyl možný (rotace dílů při vyjímání ve formě).

Př. 2 / Ekonomická návratnost při nahrazení operátora ve výrobní lince:

  • Roční náklady na 1 operátora cca 300 000 Kč
  • Směnnost 1x.
  • Cena robota včetně vybavení a integrace (od 25 000 EUR do 35 000 EUR dle typu, vybavení a náročnosti aplikace), zde použijeme průměrnou hodnotu 30 000 EUR = 810 000 Kč.
  • Hrubá návratnost = 2,7 roku

Přínosy – stabilita cyklu, přesnost, opakovatelnost, zkrácení cyklů.

Př. 3 / Ekonomická návratnost při nahrazení operátora ve výrobní lince:

  • Roční náklady na 1 operátora cca 300 000 Kč
  • Směnnost 3x.
  • Cena robota včetně vybavení a integrace (od 25 000 EUR do 35 000 EUR dle typu, vybavení a náročnosti aplikace), zde použijeme průměrnou hodnotu 30 000 EUR = 810 000 Kč.
  • Hrubá návratnost = 0,9 roku = cca 11 měsíců

Přínosy – stabilita cyklu, přesnost, opakovatelnost, zkrácení cyklů.

Trendy v kolaborativních robotech u jiných výrobců a do budoucnosti
Tak jako v klasické robotice se do oblasti kolaborativních robotů dostávají moderní prvky umělé inteligence, internet věcí apod. Trendy směřují k uplatnění strojního učení v řídících systémech kolaborativních robotů, dále využití nejmodernějších bezpečnostních senzorů a skenerů, citlivých momentových senzorů a také např. citlivých materiálů na povrchu robota. Zajímavá oblast uplatnění kolaborativního režimu je v přímém kontaktu s lidmi v oblasti rehabilitace, kde robot pomáhá a nahrazuje lidské asistenty.
Více ukázek reálných aplikací je možné nalézt na www.universal-robots.com

Aplikace kolaborativních robotů UR na vstřikolisech v rámci ČR

Kasko s.r.o.
Universal robots UR10 umístěný na lehké hliníkové konstrukci na vstřikolise. Zajíždí do vstřikolisu shora, vyjímá výlisky. Následně zajíždí do stříhací stanice, odjíždí nad pás, odkládá zvlášť výlisky a zvlášť vtoky.
Specifika: - ventilový terminál umístěn na 3. rameni robota, umístěn na vysokém vstřikolise. Odkládací výška řešena šikmým dopravníkem, stříhání vtoků umístěno v bezpečné výšce nad vstřikolisem.

Kolaborativní robot Universal Robots 
  

2D&S s.r.o.
V současné době v realizaci. Robot UR10 odebírá etikety ze zásobníku (postupně první, po ní druhou). Zajíždí do stanice pro uhlazení etiket na zakládacím kopytě. Jede do vstřikolisu, zakládá obě etikety najednou (nabití pomocí elektrostatického náboje těsně před vyjetím z formy) a odkládá výlisky do stohů na dopravník.
Specifika - elektrostatické nabíjení etiket, ventilový blok u paty robota, uhlazování etiket kartáči

Zhodnocení a závěr:
V oblasti kolaborativních robotů dochází k velmi dynamickému růstu, jelikož tato zařízení zaplňují „díru na trhu“, a jsou doplňkem tradičních robotů. Ve vhodných aplikacích pak kolaborativní roboti nabízejí uživatelům technicky vhodnější řešení, jednodušší inplementaci příp. daleko rychlejší návratnost. Kolaborativní jsou moderní, progresivní téma a začínají se objevovat jako doplněk výrobní řady i u tradičních výrobců. Ke kolaborativním funkcím využívajínové technologie typu moderních prvků umělé inteligence, internetu věcí apod. Trendy tedy směřují k uplatnění strojního učení v řídících systémech kolaborativních robotů, dále využití nejmodernějších bezpečnostních senzorů a skenerů, citlivých momentových senzorů a také např. citlivých materiálů na povrchu robota. Tato oblast robotiky vykazuje velmi dynamický růst a Universal Robots se svou ucelenou řadou je hlavním tahounem růstu prodejů v oblasti kolaborativních robotů.

Kolaborativní robot Universal Robots 
  

Vysvětlivky:
Euromap = evropská organizace pro standardizaci vstřikovacích strojů pro plast a gumu
Vstřikolis = horizontální vstřikovací stroj = IMM, SGM, VSS apod.
Uchopovač = EOAT = End of arm tooling = chapadlo, hlava, koncový efektor, apod.

Zdroje a odkazy:
Universal Robots: www. universal-robots.com
MP Line s.r.o.: www.mpline.cz
JSW machines: www.jswmachines.cz
Euromap: www.euromap.org

  • autor:
  • Ing. Petr Zemánek, MP Line s.r.o.
  • JAN SVOBODA s.r.o.

    JAN SVOBODA s.r.o.

    Komplexné dodávky polotovarov pre formy na plasty, nástroje na lisovanie plastov a ľahkých kovov, obrábacie nástroje, temperačné zariadenia, regulátory teploty.



Mohlo by vás tiež zaujímať



 

Najnovšie inzeráty

Najbližšie výstavy

Plastikársky slovník