利用高度可擴(kuò)展的控制和驅(qū)動(dòng)技術(shù)量身定制內(nèi)部物流解決方案
總部位于德國卡門的 RO-BER Industrieroboter GmbH 開發(fā)了一套基于平面移動(dòng)和線性龍門式機(jī)器人內(nèi)部物流自動(dòng)化解決方案。作為高度可擴(kuò)展的控制和驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，PC 控制系統(tǒng)為滿足個(gè)性化應(yīng)用需求量身定制解決方案奠定了理想的基礎(chǔ)。將 PLC、CNC 和安全功能集成到 PC 控制系統(tǒng)中也可以讓系統(tǒng)供應(yīng)商能夠?qū)崿F(xiàn)各種系統(tǒng)架構(gòu)。
RO-BER 開發(fā)和制造夾緊裝置、前叉和真空夾具等，以便在單獨(dú)夾持、多個(gè)夾持或整層夾持模式下搬運(yùn)不同的產(chǎn)品。其應(yīng)用范圍與產(chǎn)品本身一樣多種多樣，包括汽車、食品和飲料，雜貨零售商和批發(fā)商以及制藥和化學(xué)工業(yè)的物流輸送。在目前的一個(gè)內(nèi)部物流項(xiàng)目中，通過輸送系統(tǒng)可以輸送不同尺寸和配置的托盤籠等重量可達(dá) 1500 公斤的大型載重裝置。隨后通過機(jī)器人系統(tǒng)識(shí)別這些容器并將它們輸送至拖車，最終供應(yīng)生產(chǎn)設(shè)備。
根據(jù)總經(jīng)理 Elmar St?ve 的說法，實(shí)施搬運(yùn)技術(shù)時(shí)需要解決以下幾個(gè)挑戰(zhàn)：“到目前為止，RO-BER 還沒有能夠處理如此重載荷的機(jī)器人。最重要的是，待處理的載重裝置占地面積也很大，因此必須從兩側(cè)拾取。因此機(jī)器人系統(tǒng)和夾持系統(tǒng)都必須重新設(shè)計(jì)。考慮到機(jī)器人，我們必須努力確保現(xiàn)有的 RO-BER 模塊化系統(tǒng)中的模塊仍然可用。新的夾持系統(tǒng)和叉車一樣，也是由一對(duì)叉齒組成，可以通過伺服控制相互調(diào)節(jié)。基于 EtherCAT 的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中還集成了多根基于 CAN 網(wǎng)絡(luò)的軸，在通信系統(tǒng)方面也沒有問題。由于 PC 控制系統(tǒng)具有良好的開放性，因此該系統(tǒng)幾乎即插即用。”
01、PC 控制系統(tǒng)：通用開放平臺(tái)
RO-BER 公司多年來一直使用倍福的總線端子模塊。Elmar St?ve 認(rèn)為，對(duì)于切換到 PC 控制系統(tǒng)來說，這是一個(gè)良好的開端：“早在 2015 年，我們決定更換當(dāng)時(shí)使用的控制和驅(qū)動(dòng)技術(shù)，并開始進(jìn)行相應(yīng)的市場(chǎng)調(diào)研。2016 年，我們決定采用倍福的 PC 控制系統(tǒng)，因?yàn)樗鼘⑽覀兪褂玫乃凶詣?dòng)化技術(shù)都整合在同一個(gè)系統(tǒng)中。除了傳統(tǒng)的 PLC 之外，我們的龍門式機(jī)器人還需要 CNC 和安全功能。TwinCAT 軟件提供一個(gè)通用的編程環(huán)境來編寫這些功能，它所具備的高性能工具使得開發(fā)更簡(jiǎn)單透明。當(dāng)我們?cè)趦?nèi)部物流環(huán)境中運(yùn)行我們的系統(tǒng)時(shí)，與更高級(jí)別的物料流或倉庫管理系統(tǒng)的無縫通信是關(guān)鍵。在這里，倍福的開放式 PC 控制系統(tǒng)具有諸多優(yōu)勢(shì)。”
選擇倍福的其中一個(gè)原因是其擁有高性能的通信技術(shù)：首先 EtherCAT 是一個(gè)高速總線系統(tǒng)；其次，它有助于實(shí)現(xiàn)很多不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。Elmar St?ve 繼續(xù)說道：“對(duì)我們來說，真正吸引我們的是倍福的系統(tǒng)理念及其控制系統(tǒng)具備的良好開放性。通過 EtherCAT 端子模塊產(chǎn)品系列，倍福基于 PC 的控制技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，這意味著幾乎每一項(xiàng)電氣或通信相關(guān)任務(wù)都可以選擇一種甚至幾種 I/O 產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)。最重要的是，在氣動(dòng)元器件等機(jī)電元件方面，通過 EtherCAT 以及 CAN、PROFINET 或其它協(xié)議可以輕松集成第三方設(shè)備。而且，倍福從一開始就給予了我們大力支持，甚至將新的功能集成到 TwinCAT 中，這對(duì)我們的應(yīng)用來說非常重要。”
02、控制技術(shù)被視作企業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力
正如 Elmar St?ve 解釋的那樣，安全技術(shù)還可以通過 TwinSAFE 端子模塊集成到 I/O 系統(tǒng)中：“這樣，我們不僅能夠降低系統(tǒng)布線要求，而且還能夠顯著提高靈活性。對(duì)于我們的客戶而言，這種靈活性反映在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)間更長。結(jié)構(gòu)超緊湊的 EL72xx 系列伺服驅(qū)動(dòng)端子模塊提供了另一個(gè)優(yōu)勢(shì)。有了這些模塊，在叉形夾具爪和整層碼垛夾具中實(shí)現(xiàn)眾多的驅(qū)動(dòng)和夾持功能就變得更加容易，此外，也可以使用較少的布線工作量開發(fā)新的夾具方案。在當(dāng)前的項(xiàng)目中，PC 控制系統(tǒng)是能夠設(shè)計(jì)出全新的 Twin-Gantry 機(jī)器人系統(tǒng)的最大推動(dòng)力。它的核心優(yōu)勢(shì)在于，一方面兩個(gè)軸系統(tǒng)可以彼此獨(dú)立地移動(dòng)，另一方面，它們也可以在獨(dú)立運(yùn)動(dòng)后的任何時(shí)間重新加入插值組 — 包括所有關(guān)鍵功能，例如根據(jù)周期時(shí)間優(yōu)化路徑控制。這項(xiàng)新的開發(fā)還使得機(jī)器人能夠處理長時(shí)間負(fù)載。”
RO-BER 依靠 TwinCAT HMI 軟件進(jìn)行可視化，Elmar St?ve 補(bǔ)充說道：“作為基于 Web 的系統(tǒng)，TwinCAT HMI 可以在最多樣化的平臺(tái)上的任何 Web瀏覽器中進(jìn)行顯示。對(duì) HTML5 標(biāo)準(zhǔn)的支持也使其具有面向未來的開放性。此外，TwinCAT HMI 還提供完整的功能庫，可以優(yōu)化設(shè)計(jì)并生成客戶定制的 HMI。這使得我們作為設(shè)備供應(yīng)商能夠在 HMI 上實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，但同時(shí)仍然可以為專門的應(yīng)用提供個(gè)性化設(shè)計(jì)。”
顯示 HMI 的硬件采用的是倍福的 CP2921 多點(diǎn)觸控控制面板。Elmar St?ve 認(rèn)為，21.5 英寸的操作界面使其非常適合以文本和圖形形式清晰顯示所有必要信息：“對(duì)于目前的多點(diǎn)觸控應(yīng)用程序，例如我們通過智能手機(jī)所熟悉的那些應(yīng)用程序，我們可以提供類似的操作指引功能來提升用戶接受度，這一點(diǎn)非常重要。除了其它功能之外，多點(diǎn)觸控功能對(duì)于實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)來說也很重要。”所使用的 CX2040 嵌入式控制器也證明其自身適用于所需的 CNC 應(yīng)用，而且并未達(dá)到其性能極限。
