Roboty s paralelní kinematikou v akci

Na živých ukázkách operací představila letos v únoru firma FANUC Robotics Czech odborné veřejnosti roboty s paralelní kinematikou řady M-1iA. Roboty s integrovaným systémem strojového vidění ukázaly, jak dokážou velmi rychle třídit tablety podle barev, sbírat nástrojové břity z běžícího dopravníku nebo přesně vkládat kolíky (piny) do průmyslového konektoru. Právě pro takové operace jsou konstruovány roboty typu M-1iA a M-3iA zvané „genkotsu“ (japonsky pěst), které jsou dodávány ve variantách se čtyřmi nebo šesti stupni volnosti. Paralelní kinematika již z principu umožňuje daleko rychlejší pohyby než sériová, používaná u dobře známých robotických ramen. Společnost FANUC vytěžila z paralelní koncepce maximum hlavně vyvinutím jedinečného zápěstí pro větší flexibilitu pohybu.

Robot M-1iA

Lehký a kompaktní robot M-1iA je navržen pro manipulaci s malými díly, rychlé sbírání a různé montážní operace. Jeho unikátní konstrukce, využívající paralelní kinematiku, poskytuje podstatně vyšší rychlosti a lepší opakovatelnost v porovnání s konvenčními průmyslovými a montážními roboty. Model M-1iA o hmotnosti 14 až 17 kg je určen k manipulaci s drobnými díly do 0,5 kg (až 1 kg s podporou softwaru).

Robot M-1iA se vyrábí ve dvou variantách:

–   šestiosý model M1iA/0,5A má tříosé zápěstí, které dokáže flexibilně otáčet sebrané výrobky, takže není třeba do výrobní linky zařazovat složité mechanické prvky,

–   čtyřosý model M1iA/0,5S s rychlostí až 3 000°/s s jednoosým zápěstím je ideální pro vysokorychlostní sbírání a balení.

Robot je možné používat samostatně nebo jej integrovat do stroje. Pro instalaci přicházejí v úvahu tři různé způsoby (obr. 2): na stůl (s integrovaným podstavcem), jako rameno bez podstavce a na strop, popř. pod úhlem. Několik robotů je možné řídit v součinnosti, příklady dvojic robotů jsou na obr. 3.

Robot M-1iA je již od počátku navržen tak, aby nahradil nebo doplnil lidskou práci ve výrobních linkách. Vnější šířka robotu je 430 mm a při použití jednoduchého bezpečnostního oplocení kompletní robotické pracoviště zabírá pouhých 500 mm. Šířka robotu odpovídá šíři lidských ramen a jeho rozsah pohybu rozevřené lidské ruce. Díky své konstrukci nezasahuje do vedlejšího pracovního prostoru, a tak může bezpečně pracovat i v těsné blízkosti člověka. Vzhledem ke svým rozměrům a velmi malé hmotnosti (<17 kg) ho lze využít i jako mobilní zařízení k vykonávání nejrůznějších operací na lince. Pracuje s opakovatelností ±0,02 mm a dobou cyklu až 0,3 s.

Flexibilitu robotu zlepšuje zabudovaná kamera se systémem strojového vidění FANUC iRVision s funkcemi kamerového navádění a vizuální kontroly. Robot M-1iA se uplatní v těchto úlohách:

–   montáž drobných dílů nebo elektronických součástek,

–   sbírání a třídění (také za pomoci vizuální kontroly),

–   manipulace s drobnými díly do 1 000 g,

–   operace na manuálních linkách – kontrola, třídění atd.,

–   pájení, šroubování, odjehlování plastových dílů,

–   etiketování a značení produktů.

Řídicí systém R-30iA Mate

Výkonný řídicí systém R-30iA Mate je integrován se systémem iRVision. Výkonná řídicí jednotka R-30iA Mate je díky svým kompaktním rozměrům vhodná i pro zástavbu do řídicích celků. Pro jemné operace vyžadující, aby robot pracoval citlivě a reagoval na odpor materiálu, se využívá senzor síly 6D Force, který dává robotu cit. Takto vybavený robot zvládne jemnou montáž, odjehlování, pájení apod.

Systém strojového vidění iRVision

Systém strojového vidění iRVision, jehož hardware i software jsou dílem odborníků z firmy FANUC, se vyznačuje tím, že je plně vestavěn do robotu. Obraz je snímán kamerou a obrazová data jsou pro zpracování přenášena přímo do CPU robotu. Pro detekci dílů v šedé stupnici je k dispozici funkce GPM (Geometric Image Pattern Mat-ching). Ve stupnici šedé (255 odstínů) pracuje systém strojového vidění s rozlišením 512 × 480 nebo 640 × 480 obrazových bodů. S podporou vysokého rozlišení lze dosáhnout až1 280 × 960 bodů. V barevném režimu pracuje systém s rozlišením 512 × 480 nebo 640 × 480 bodů.

Četné funkce systému iRVision jsou navrženy speciálně pro sledování dílů v pohybu i v klidu. Funkce mohou pracovat v dvou- nebo třírozměrném prostoru (2D, 2 ˝D, 3D Visual Line Tracking) a využívají jednu nebo dvě kamery. Některé funkce umožňují rozeznávat nejen polohu dílů, ale také jejich orientaci vzhledem ke kameře. iRVision má také funkce pro čtení čárových a maticových kódů, pro třídění, řízení fronty, ale také pokročilé inspekční a měřicí funkce. K systému strojového vidění může být připojeno několik robotů.

Živé ukázky práce robotu M-1iA

V prostorách firmy FANUC Robotics Czech byla uspořádána předávděcí akce, na které se mohli odborníci a novináři seznámit se třemi robotickými úlohami.

Vysokorychlostní třídění tablet podle barev

V první úloze měl robot podle barvy rozpoznávat tablety nasypané na stole. K rozeznávání barev jednotlivých tablet se používá systém strojového vidění iRVision. Robot velmi rychle sbíral tablety a vkládal je do jednotlivých skleniček podle barev (obr. 4). Skleničky si pak zase vysypal na stůl a byl připraven k dalšímu cyklu. Pro tuto úlohu byl použit šestiosý robot typu M-1iA/0.5A, jehož pružné zápěstí se velmi dobře osvědčilo při vysypávání tabletek.

Vysokorychlostní sbírání nástrojových břitů

V této úloze bylo demonstrováno, jak si robot poradí se sbíráním předmětů z běžícího pásu (obr. 5). Aby mohl lokalizovat nástrojové břity na pohybujícím se dopravníku, používal robot M-1iA kameru a systém strojového vidění iRVision se speciální funkcí letmého sbírání z pohybujícího se pásu, Visual Line Tracking. Detail pružného zápěstí robotu M-1iA ukazuje obr. 5b.

Montáž konektoru

Robot M-1iA si v této úloze musel poradit s montáží drobných pinů, tedy kovových tyčinek, které bylo třeba vkládat do pouzdra konektoru ve správné orientaci. K této jemné montážní operaci byl vybaven dvěma kamerami s multiplexorem a systémem strojového vidění iRVision. Pracovní cyklus začínal uchopením pinu po­dle obrazu z první kamery. Poté byl pin vložen do pouzdra konektoru (obr. 6). Ne vždy se však robotu podařilo uchopit a správně vložit pin do pouzdra, proto bylo pracoviště vybaveno kontrolním místem, kde druhá kamera zdola snímala, zda nezůstal pin v jeho úchopném zařízení. Jestliže ano, pin byl odstraněn a teprve až s prázdným uchopovačem začal robot další pracovní cyklus. Takto byla zajištěna plně autonomní montáž.

Robot pro snadou automatizaci

Nový FANUC M-1iA díky svým vlastnostem mění zažitý pohled na využití robotů – místo drahého a prostorově náročného zařízení je možné použít tento malý lehký robot umožňující snadno a rychle automatizovat výrobu a ušetřit náklady a zároveň v současné době tak cenný výrobní prostor. Robot je možné snadno začlenit mezi pracovníky ve výrobě.

Společnost FANUC

Společnost FANUC (Factory Automation Numerical Control) se sídlem v Japonsku má podíl 29 % na celosvětovém prodeji průmyslových robotů. Měsíčně vyrobí 5 000 ro

botů, 2 000 robotických zařízení pro řezání (Robocut), vrtání (Robodrill), broušení, frézování apod., 25 000 systémů řízení CNC a 200 000 servomotorů. Společnost vynakládá velké prostředky na výzkum a vývoj. Z celkového počtu 5 500 zaměstnanců jich 850 pracuje ve výzkumu a vývoji.

 V České republice firmu FANUC zastupuje společnost FANUC Robotics Czech, která vedle prodeje robotů zajišťuje jejich servis, prodej náhradních dílů a školení pro zákazníky v České republice, Slovenské republice, v zemích bývalé Jugoslávie a v Bulharsku.

Více informací lze nalézt na adrese www.fanucrobotics.cz.

(ev)

Obr. 1. V prostorách firmy FANUC Robotics Czech měli odborníci možnost seznámit se s robotem M-1iA s paralelní kinematikou

Obr. 2. Tři způsoby instalace robotu M-1iA: a) jednoduchá instalace na stůl (s integrovaným podstavcem), b) rameno bez podstavce, c) montáž na strop

Obr. 3. Roboty M-1iA mohou pracovat v součinnosti

Obr. 4. Šestiosý robot typu M-1iA/0.5A při třídění tabletek podle barvy

Obr. 5. Sbírání nástrojových břitů z běžícího pásu: a) celkový pohled, b) detailní pohled na zápěstí robotu M-1iA/0.5A

Obr. 6. Montáž drobných pinů do konektoru pomocí robotu M-1iA/0.5A