Aktuální vydání

celé číslo

07

2019

Řízení dopravy a budov

celé číslo

Roboty SCARA a delta od společnosti Omron

Společnost OMRON Electronics během posledních několika let významně rozšířila své aktivity v oblasti robotiky, a to zejména v oboru jednoúčelových strojů a v oblasti balicí a manipulační techniky, s využitím zejména robotů SCARA a delta.

 

Roboty SCARA

Roboty SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) vznikly roku 1978 na univerzitě v Jamanaši v Japonsku. Vyznačují se vynikajícím poměrem rychlosti manipulace, přesnosti a užitečného zatížení. Uplatnění nalézají jak v úlohách typu pick and place, tak i jako součást jednoúčelových strojů a linek pro manipulaci s díly v elektrotechnickém a automobilovém průmyslu. Velmi časté je jejich použití při šroubování ve spojení s automatickým šroubovákem, dále při nanášení lepidel, tmelů, maziva apod. podle zadané trajektorie a také při polohování kamery v úlohách kamerové inspekce.
 
Robot SCARA se skládá ze dvou ramen, pohybujících se v rovině XY a osy Z kolmé k rovině obou ramen (obr. 1). Rotaci předmětu zajišťuje osa R. Roboty SCARA od firmy Omron se vyznačují kompaktní konstrukcí, malou hmotností a vynikajícím poměrem nosnosti a hmotnosti robotu. Kompaktní konstrukce, velká dynamika a přesnost jsou dány zejména použitím harmonických převodovek bez řemenových převodů (pro osy X, Y a R). Pro osu Z je použit kuličkový šroub s přímým náhonem servomotorem. Servomotory jsou osazeny snímači absolutní polohy, a proto není třeba po zapnutí napájení robotu vyhledávat referenční polohu.
 
Řídicí systém robotu je kompaktní, má velmi malé rozměry a obsahuje vše potřebné – řídicí systém včetně vstupně-výstupních karet, čtyři servozesilovače pro jednotlivé osy a volné sloty pro doplňkové moduly. Do těchto slotů mohou být nainstalovány moduly k rozšíření vstupů a výstupů a moduly pro průmyslové sběrnice (DeviceNet, EtherNet/IP, Profibus-DP, Ethernet a další). Pro úlohy sbírání výrobků z dopravníku lze nainstalovat modul pro připojení synchronizačních snímačů polohy a modul kamerového systému.
 
V nabídce je několik typových řad robotů s dosahem od 120 do 1 200 mm, zdvihem od 50 do 400 mm a nosností od 1 do 50 kg. Roboty se montují, podle provedení, na základnu, na stěnu nebo na strop konstrukce stroje.
 
Podle podmínek v místě použití jsou nabízeny roboty SCARA pro běžné prostředí, pro prašné prostředí (rameno robotu je tlakováno stlačeným vzduchem, aby bylo zabráněno vniknutí prachu dovnitř ramena) nebo pro čisté prostory (rameno robotu je vakuováno pro zabránění úniku případných nečistot a maziva ven z ramena).
 
Roboty SCARA od firmy Omron jsou schopny dosáhnout podle typu úlohy přibližně 30 až 60 manipulačních cyklů za minutu. Opakovatelnost najetí do pozice je podle typu robotu ±5 nebo ±10 μm, maximální rychlost může dosáhnout až 10 m/s (u provedení s dosahem 1 000 mm).
 
Velkou výhodou popisovaných robotů je velmi jednoduché a rychlé použití díky kompaktnosti ramena i řídicího systému, jednoduché programování (modifikovaný jazyk Basic se speciálními příkazy pro řízení polohy a pohybu), a tudíž také velmi snadné přeprogramování při změně výrobního programu.
 

Roboty delta

Roboty delta patří mezi roboty s paralelní kinematickou strukturou (obr. 2). Jejich první konstrukci představil koncem 80. let minulého století prof. Reymond Clavel ze Švýcarského národního technického institutu. Robot delta převádí otáčení nejčastěji tří (někdy i čtyř nebo pouze dvou) poháněných kloubů do jediného pohybu robotického nástroje v třírozměrném prostoru. Pohyb je obvykle popisován v kartézských souřadnicích. Poháněné klouby jsou umístěny souměrně v kruhu, každý pár pod úhlem 120°. Noha robotu se skládá ze dvou článků a tří kloubů. Poslední dva klouby jsou pasivní.
 
Pracovní prostor robotu je dán jeho mechanickou konstrukcí a je tvořen válcem a komolým kuželem o malé výšce. Roboty delta se ve srovnání s jinými typy robotů vyznačují bezkonkurenční rychlostí manipulace. Vzhledem k lehké konstrukci je robot určen zejména k velmi rychlé manipulaci s lehkými předměty v úlohách typu pick and place. Roboty typicky dosahují 150 až 200 manipulačních cyklů za minutu. Opakovatelnost najetí do pozice je podle provedení mechaniky od ±0,1 do ±0,3 mm.
 
Společnost Omron má v nabídce několik provedení mechanik pro roboty delta s pracovním prostorem o průměru 450, 500, 650, 1 100, 1 300 a 1 600 mm, zdvihem od 135 do 550 mm a nosností od 1 do 8 kg. Standardní provedení je v krytí stupně IP65. Zejména pro potravinářský průmysl jsou určena provedení se stupněm krytí IP67 (obr. 3) a korozivzdorné provedení se stupněm krytí IP69K (obr. 3). Podle velikosti jsou mechaniky osazeny střídavými servomotory o výkonu od 400 W do 3 kW s brzdou a snímači absolutní polohy (není tedy nutné po zapnutí vyhledávat výchozí pozici).
 
Rozvoj robotů delta byl umožněn vývojem jak v oblasti materiálů a jejich zpracování, tak i v oblasti řídicích systémů a průmyslových komunikačních sběrnic. Řízení robotů delta společnosti Omron zajišťuje řídicí systém Sysmac NJ501, založený na jednotné platformě Sysmac, a rychlá deterministická komunikační sběrnice EtherCAT. Řídicí systém Sysmac NJ501 umožňuje řídit až osm robotů delta v komunikačním cyklu 2 ms nebo čtyři roboty delta v cyklu 1 ms. Systém obsahuje několik funkčních bloků pro řízení robotů delta, definici mechanické konstrukce robotu, definici uživatelských souřadnic, funkci pro synchronizaci robotu s dopravníkem apod. K transformaci kartézských souřadnic na souřadnice ramen robotu delta je využíván Sysmac NJ501 na systémové úrovni bez nutnosti zásahu programátora. Řídicí systém Sysmac NJ501 podporuje integraci kamerových systémů pro navádění robotu, jež je nutné zejména v úlohách pick and place (obr. 4).
 
Nejčastější využití roboty delta nacházejí v potravinářském a farmaceutickém průmyslu při manipulaci s výrobky a při jejich balení.
 

Kamerové systémy pro roboty

Stále častěji jsou využívány roboty v kombinaci s kamerovým systémem, jednak pro detekci výrobků na pohybujícím se dopravníku, jejich sběr a přemisťování (pick and place), jednak pro úlohy, kde nelze zaručit přesnou odebírací nebo vkládací pozici. Společnost Omron je přímým výrobcem kamerových systémů, takže integrace kamera – robot je velmi jednoduchá.
 
Pro jednodušší úlohy, kde je požadována pouze detekce pozice výrobku, lze využít jednoduchý kompaktní kamerový systém FQ-M, pro náročnější úlohy je vhodný komplexní kamerový systém FH (obr. 5), který umožňuje připojit až osm kamer s rozlišením až 12 Mpx a kromě detekce pozice má k dispozici rozsáhlou knihovnu dalších algoritmů pro zpracování obrazu (kontrola rozměrů, detekce defektů, kontrola barvy atd.). Velký výkon kamerového systému
FH zajišťuje čtyřjádrový procesor o taktu 2,1 GHz.
 
Oba systémy, FQ-M a FH, jsou vybaveny rozhraním Ethernet a EtherCAT pro snadnou integraci s roboty SCARA i delta a také vstupem pro externí snímače polohy k zajištění synchronizace robotu s pohybujícím se dopravníkem.
 

Závěr

Robotická pracoviště pro manipulaci s výrobky a pro sběr výrobků z dopravníků se stávají běžnou součástí výrobních a montážních linek. Pro tyto úlohy jsou v nabídce společnosti Omron roboty SCARA a delta. Použití těchto robotů umožňuje zákazníkovi získat značnou úsporu konstrukční práce i času potřebného na oživení stroje nebo linky a také mu dává možnost snadné adaptace robotů při změnách ve výrobním procesu. Integrace robotických aplikací v platformě Sysmac navíc dovoluje v rámci jednoho řídicího systému vytvářet kompletní automatizovaná pracoviště kombinující řízení běžné a robotické části. Nespornou výhodou je možnost řídit několik robotů z jednoho systému. Společnost Omron Europe otevřela v roce 2012 ve španělské Barceloně centrum aplikované mechatroniky ATC, kde je mj. vyvíjen software a aplikační knihovny pro řízení pohybu na platformě Sysmac. ATC nabízí zákazníkům z celé Evropy jedinečnou možnost prohlédnout si, otestovat a naživo vyzkoušet nejpokročilejší techniku.
 
Ing. Petr Váňa, Ing. Zdeněk Havlíček,
Obr. 1. Robot SCARA od firmy Omron
Obr. 2. Robot delta od firmy Omron se stupněm krytí IP67
Obr. 3. Robot delta od firmy Omron se stupněm krytí IP69K
Obr. 4. Řídicí systém Sysmac NJ-501 řídí robot delta a integruje jej s naváděcím kamerovým systémem
Obr. 5. K vyhodnocovací jednotce kamerového systému FH lze připojit až osm kamer