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技术让机器人进入包装生产线上游
http://cn.newmaker.com 8/10/2015 9:01:00 AM  佳工机电网
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枕式包装机, 立式包装机, 定量包装秤, 透明膜包装机, 充填包装机械...
长期以来,使用机器人技术的制造商一直享有巨大的优势,他们不但提高了生产效率和产品质量,而且降低了生产成本,节省了人工。在去年的“2014 年机器人市场趋势评估”中,PMMI(美国包装机械制造协会)阐述了机器人技术应用领域的发展状况。这项研究表明,截至 2014 年,有 75% 的最终用户在生产线中的某个环节采用了机器人技术,而在 2008 年的时候这一数字仅为 20%。现在,机器人及其带来的好处已经远超越早期的托盘包装领域应用,它们已经向上游进军,进入了更多的初级包装和次级包装领域中。

网络化和集成化的 PLC

即将于9 月28-30 日举办的的包装机械博览会和医药博览会上将展示各种机器人解决方案,反映出机器人技术在上游得到应用和实现无缝集成的趋势。

各公司在将机器人技术集成到自己的包装作业中时,采用了两种不同的方法。“网络化方法”采用便于用户使用的可编程逻辑控制器 (PLC) 软件,可将命令发送至单独的机器人控制器。另一种方法颇受机械制造商的青睐,它是一种统一的控制解决方案,或者说是一种集成模式,使一个控制器既可以处理机器运动,也可以处理机器人运动。这些可同时处理多种任务的 PLC 平台紧密地协调机器人的动作与传送机和生产线上其他运动设备的直线运动,从而更准确、更精密地进行产品处理。集成模式的优势包括更容易地进行软件编程、节省成本并减小所占用的空间。

Rockwell Automation 业务规划经理 Amy Peters 指出,Rockwell Automation 分析市场后发现,软件集成是包装机械制造商和机器人制造商关心的首要问题。这家公司通过其PartnerNetwork ™ 计划为趋势科技中心提供赞助。

“客户告诉我们,我们需要加强产品的集成。跟在软件层面进行编程、诊断、故障排除和集成所花的时间相比,其他任何方面的成本都相对较小。他们想要一种独立于供应商的解决方案,能够在编程环境中与他们已经习惯的所有机器人品牌兼容。”Peters 说。

在网络化方法中,Rockwell Automation的 Logix 控制器可通过以太网/IP 网络向单独的机器人控制器传送命令。客户使用Studio5000LogixDesigner 前端接口与 Add-On-Instructions (AOI) 和 Add-On-Profile (AOP) 软件来与机器人控制器进行通信,并在梯形逻辑程序转译为机器人代码时配置机器人控制器。

“制造商喜欢这种方法,是因为前端编程、操作界面和诊断在余下操作中的控制方法都一样,操作员和维护人员对Studio 5000 的软件界面非常满意。”Peters说,“借助这种接口,机器人看起来就像是由我们的控制器控制的;但实际上,控制命令是通过以太网/IP 网络传送给机器人控制器。另外,为了确保安全并节约能源与时间,以太网/IP 网络服务在余下操作中的控制方法都一样。”

机器人机械集成

虽然制造商青睐网络化方法,但机械制造商正推动自动化技术供应商转向集成化方法,将机器人控制功能和机械控制功能合并到一个控制器中。采用集成技术,只需要一个控制器即可直接操纵机器人驱动装置和马达。

“机械制造商在敦促我们采用这种方法,因为对于系统集成商和最终用户而言,如果要将机器人与生产线集成,那么只对一个软件包进行编程和维护会更容易些。”Peters 说,“实现硬件和软件的标准化,可以降低系统的整体成本,并简化原本非常复杂的系统。”

在拉斯维加斯包装机械博览会上,DENSO Robotics 将展出其最新推出的 VS系列机器人。VS-050 是一款 ISO 5 无尘室级紧凑型六轴机器人。该装置采用镀镍设计,能够经受防腐医药包装过程中的强腐蚀性消毒剂。所有 DENSO 机器人均配备了 DENSO 的新型 RC8 控制器(其尺寸适合安装在机架上),并采用可使用常用语言编程的开放式体系结构。


DENSO Robotics VS-050紧凑型六轴机器人

RC8 控制器支持通过 PLC(将 Studio5000 与 AOI 和 AOP 搭配使用)来控制机器人的可选方案。DENSO Robotics东海岸区域销售经理 Mark Anderson 表示,集成商可使用通用软件(例如 VisualBasic、C ++ 或 Java)编制自己的 RC8 程序,以用于机器人控制和界面。

“一般而言,包装行业不想学习使用机器人控制器。他们想知道如何使用PLC 与机器人控制器通信,而无需使用专有软件。RC8 可以让他们自由地使用所偏爱的语言和逻辑。”Anderson 说。
DENSO 的 WINCaps 3 离线编程软件用于在虚拟环境中为工作单元编写程序和设计布局,然后远程实时监控单元的作业。通过导入 CAD 图纸,可以创建用于预测机器人性能的三维模拟。“轻松教学”功能代替了键盘输入,操作员单击虚拟模型的表面即可移动机器人。

DENSO 的 ORiN2(开放式机器人/资源界面网络)可通过网络创建机器人控制器与外围设备之间的界面,以便将视觉设备与其他外围设备集成起来。“ 任何通用软件都可以用于编写提供方软件程序,以控制与设备的通信。”Anderson 说。

ORiN2 包含一个旨在与 Cognex(展位号为 C-4025)软件通信的提供方软件程序。这可以让 Denso 的控制器通过以太网电缆连接到客户的控制器,以与摄像头通信。随后,可以使用 Cognex 的校准向导来配置视像。

统一控制

DENSO 并不是唯一一个旨在简化控制机制的机器人解决方案提供商。Yaskawa Motoman 也提供了一套统一控制解决方案,通过在装箱包装、纸盒包装或托盘包装系统中采用的同一种控制器来处理机器人的编程和控制。客户只需使用一个软件包与一个控制系统,就可以管理机器人的运动,并配置包装生产线的凸轮和伺服直线运动功能。


Yaskawa 将展示卸垛机器人

Yaskawa 将在 2015 年拉斯维加斯包装机械博览会上展示Motoman®MH12 机器人装箱机与 MLX200 机器人界面。YaskawaMotoman 高级总经理 Dean Elkins 指出, 该系统在 Allen-Bradley ControlLogix® PLC 上利用Rockwell 的RSLogix ™ 5000 梯形逻辑编程软件进行编程和管理,并应用了 PLC程序员非常熟悉的功能块和 AOI。

“统一控制器是消除处理程序和简化语言的一种方法,使得机器人控制成为整个控制解决方案的核心。”Elkins 说。

对于高速初级包装和次级包装,Yaskawa 推出了 MPP3S 或 MPP3H 三角式机器人,并配备了可处理所有主要生产线功能的 MP3200 机械控制器。Yaskawa 的前端编程门户MotionWorksIEC 实现了统一控制编程,并支持 IEC61131-3 这一面向对象的 PLC 编程标准。

程序员可使用功能块来配置机器人运动,控制同步带上产品的位置和间距,并管理生产线机电运动。随附的工具包括用于监控机器就绪状态的 PackML 套件,以及用于显示吞吐能力和效率报告的 OEE屏幕。

“ 很多运动工程师都了解功能块编程, 无论是在 IEC 设备上还是使用 RSLogix 进行编程都是如此。MotionWorks IEC 门户提供了在功能块中编程所需的所有工具,不但易于理解,填充起来也很方便。”Elkins 说。

Yaskawa 已部署了 UniversalRobotics 的 Neocortex® 人工智能视觉解决方案,用于卸垛作业。他们将学习软件与自己的 INFORM 3 机器人编程软件进行了集成,并通过它来编写程序。

据 Elkins 介绍,Neocortex 软件会从大量 Kinect® 传感器中提取信息,获得有关包装尺寸及其在托盘中的位置的数据点并进行保存。然后,它会为包装生成几何形状的三维点模型,并存储在云解决方案中。随后,该模型会引导机器人就位,“报告理论点和实际点之间的排列差异,”Elkins 说。

在混有各种不同纸箱、杂乱无序的环境中,该系统可简化卸垛。在确定任何数量的库存单位 (SKU) 时,该系统可以使您无需进行复杂的摄像头配置。

“Neocortex 可以进行产品定向和空间识别,因此可以确定空间中有哪些位置存在物体,有助于将机器人驱动到此类位置。对于哪些纸箱需要优先脱离托盘,该系统可以通过软件做出重要决定。”Elkins 说。

他还表示,为了支持快速循环时间,Yaskawa 已将 Neocortex 与“极其紧密的”软件和电动机械接口集成起来;这样,视觉信息源和机器人控制器之间的通信协议就可以实现“近乎瞬时”的响应。

为了在食品包装应用中进行产品取放和装箱包装,JLS Automation 开发出多款与 ABB Robotics 机器人相集成的包装机器。通过与 ABB 的 IRB 360 FlexPicker控制器、视觉系统和其他设备联网的Rockwell PLC 平台,操作员可以管理和监控 JLS Osprey 装箱机和 Talon 拣选系统。


JLS Osprey 装箱机

专用编程

为了优化机器人性能,JLS 工程师开发出了 EyeQTrak 传送机跟踪和视觉定向软件,该软件使用以 ABB Robotics 的RapidCode 编程语言编写的专有算法。

“使用 ABB 极为强大的机器人平台,我们可以自行编程以避免束缚,取得更出色的性能。我们的程序员使用EyeQTrak 来配置应用程序,而无需进入其核心。”JLS Automation 总裁兼首席执行官 Craig Souser 说。

“我们希望客户通过我们的 HMI 进行交流,以便从系统中获取信息,而无需担心幕后的机器人控制机制。客户告诉我们,他们希望将机器人编程完全交由机器人公司负责。凭借我们应用程序的高速运行和机器人运动技术,在一套通用的控制机制下执行所有处理任务会起到很强的约束作用。我们的解决方案无需生成机器人代码,在我们看来,客户根本无需接触这些代码。”Souser 说。

对于由 Package Integrity ValidationTechnologies System (PIVT) 检验的包装,梯形逻辑编程 PLC 软件会根据该包装是否通过检验进行相应的调用。

JLS 为 Dietz & Watson 切片熟肉装箱包装生产线开发出了 PIVT 和 Osprey 装箱包装系统。机器人会检查从高速成型充填封口机传送来的包装,并采用真空、视觉和传感器技术确定有漏洞的产品。自动检查和拣选解决方案使 Dietz & Watson的生产线运行速度提高了 30% 到 40%,同时减少了进行人工检查的员工数量。

JLS 使用 PackML 规则来实现机器状态报告和机器通信的标准化,并采用通用和一致的 HMI 布局。“我们正在进行迁移,以便遵守 PackML 编程标准,这并不是因为我们的客户指定或要求这样做,而是因为它是现有的标准软件模板制作方法,会让我们在设计开发中受益。更重要的是,它会让我们的客户受益。”Souser 说。

不断发展的技术

Intelligrated( 展位号为 C-3036)推出了 Alvey® 机器人部分和混合装载托盘包装与卸垛解决方案,它采用了机器人集成、软件、控制和视觉技术领域的最新成果。

“ 我们已在多项作业中使用了Motoman 的 MLX 平台, 并取得了很好的效果。Allen-Bradley PLC 可运行所有编程、功能和控制机制, 简化了与Motoman 开发的 AOIs 的集成。”Intelligrated 机器人和托盘包装系统产品经理 Earl Wohlrab 说。


Intelligrated 推出混合装载托盘包装与卸垛解决方案

“我们将自己的 GoKart 订单履行解决方案与 Adept 的移动机器人进行了集成,将其自主调动技术应用到了分配和履行环境中。机器人移动技术令货车拣选功能如虎添翼,从而减少了订单货品在分配中心的运输时间,将劳动力解放出来专注于更复杂的任务,并且无需对现有工作流进行重大调整。”Wohlrab 说。集成的 Adept 机器人采用车载激光和地图技术在仓库或生产设施之间巡回移动,并可以自行调整路径以绕过障碍物。

视觉传感

机器人正在向很多其他前沿领域发展。视觉传感器能够让机器人按颜色分类,支持各种灵巧的臂端工具作业。另外,OEM 厂商正在为机器人配备各种功能,以提升它们的空间认知能力,从而使工作人员能够在机器人附近安全工作。由于不需要额外的笼子、栅栏或防护装置,并且能够在各个位置之间移动,这些机器人在作业时更加灵活。

消费品制造商也看到了机器人设计的优点:支持卫生的食品处理和无菌制药加工;可以吸取经验并进行相应调整以执行应用程序,从而支持更快、更灵活的生产。

在某些环境中,包装机与其机器人伙伴之间可以实现更加顺畅的数据分享,这样,新的机器造型加上通用的控制系统便可以简化设计并降低设计成本。

OEM 厂商以不同的新颖方式来集成机器人技术,不断突破过去的边界。例如,Rockwell Automation iTRAK 便是一种具有轨道传送机外型的两轴机器人,它使用传送机上的末端执行器桨叶代替传统的机器人手臂来控制产品。

在 Rockwell Automation 的编程环境中,当机器人装置独立工作或以协同方式工作时,可以更改它们在生产线不同工区的运动和动作。“机器人在控制体系结构和软件方面都实现了紧密集成,因此在机器间的集成和时间安排方面都没有问题。”Peters 说。

随着机器人供应商和自动化供应商携手合作,以满足包装商对简单、灵活且易于维护的标准统一控制系统的要求,机器人技术将继续不断发展。

最新技术,尽在拉斯维加斯希望采用机器人技术改进包装生产线的制造商可以于今年九月份前往拉斯维加斯,参加国际包装机械博览会和医药博览会,亲眼观看这些创新技术的实际演示。请访问www.packexpolasvegas.com 进行注册或了解将要展出的解决方案的更多信息。

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