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Kit robotizzati per la progettazione di sistemi di imballaggio "fai-da-te

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La programmazione modulare e i kit di bracci articolati consentono di progettare il proprio sistema di confezionamento robotizzato.

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Per molti anni due fattori hanno dato a progettisti e produttori di robot la possibilità di sviluppare attrezzature per il mercato dell'imballaggio: i brevetti e le conoscenze cinematiche specializzate necessarie per programmare il movimento robotizzato. Mentre i bracci robotici erano sotto brevetto, i controlli contenevano gli esclusivi algoritmi di movimento necessari per gestire la complessa pianificazione del percorso, la fusione e la risoluzione di traiettorie multiple fino allo stesso punto. Così, i bracci articolati dei robot e i controlli specifici erano esclusivi per gli sviluppatori di robot.

Tuttavia, le condizioni sono cambiate. Il brevetto sui robot a delta a 3 assi - quei riconoscibili bracci "a ragno" tipicamente montati su uno spazio di lavoro e utilizzati per il pick-and-place con oggetti leggeri - è scaduto. I robot delta a 3 assi e le versioni a due assi sono utilizzati sia nei sistemi di confezionamento primario (pick-and-place) che secondario (astucciatrici e incartonatrici). Ora, queste armi sono disponibili come 'kit' per coloro che desiderano esternalizzare o progettare il proprio.

Per quanto riguarda i controlli, non sono più sistemi di controllo robotizzati esclusivi dei produttori di robot. I sistemi ad architettura aperta non solo sostituiscono i controllori dei robot, ma anche il controllore della confezionatrice e il PLC.

Non è ancora semplice "plug-n-play" prendere questi kit "fai-da-te" e creare il proprio sistema robotico. Pertanto, ecco alcuni suggerimenti per facilitare il processo di creazione di un proprio robot basato su robot

sistema di imballaggio.

Considerazioni sull'applicazione. I sistemi robotici articolati sono tradizionalmente adatti all'imballaggio e alla pallettizzazione delle casse, con versioni più piccole che gestiscono l'erezione, il riempimento e la sigillatura del cartone. I sistemi a portale e a portale sono tipicamente utilizzati per la pallettizzazione tradizionale e per la movimentazione di carichi utili pesanti e velocità inferiori.

Il primo passo per garantire che un robot offra la necessaria libertà di movimento necessaria per queste azioni è quello di selezionare il braccio giusto per il lavoro. Il delta a 3 assi gestisce velocità elevate e carichi leggeri, una categoria destinata ad aumentare man mano che il concetto è diventato di dominio pubblico in Europa un anno fa e negli Stati Uniti alla fine del 2007. Il delta a 2 assi gestisce carichi utili più pesanti, offre uno sbraccio più profondo nelle valigie e la fascicolazione. Si tratta di un braccio popolare per l'attuale tendenza ad applicare la robotica nell'imballaggio secondario. Tuttavia, entrambe le versioni possono richiedere servoassi aggiuntivi per svolgere le loro funzioni.

Considerazioni sul controllo del movimento. Gli algoritmi matematici avanzati garantiscono una coordinazione fluida delle articolazioni multiple, delle azioni del polso e della corsa lineare di un braccio robot. Mentre alcuni semplici portali utilizzano il posizionamento punto a punto, l'efficienza reale arriva quando i movimenti sono fluidi, veloci e focalizzati sul punto centrale dell'utensile (TCP). E 'questo punto che differenzia la progettazione della macchina e la progettazione del movimento robotizzato.

Nei robot, i movimenti si riferiscono al TCP piuttosto che ai singoli assi. I movimenti sono definiti dalla posizione di destinazione e dal tipo di movimento del braccio del robot attraverso una serie di traiettorie per ogni asse servo. Le traiettorie sono calcolate individualmente e sincronizzate da un albero a camme virtuale. I vari componenti meccanici operano all'unisono e possono essere regolati dinamicamente.

Il controllore calcola le traiettorie richieste per ogni motore durante il funzionamento, consentendo di cambiare facilmente il percorso utensile in quel momento.

Sono possibili diversi gradi di libertà, a seconda del software di controllo e del manipolatore all'interno di un dato spazio di lavoro. I movimenti cartesiani sono inerenti al sistema di controllo. Sia il movimento che la meccanica sono flessibili.

Strumenti di sviluppo disponibili in commercio. Negli ultimi tre anni sono stati introdotti kit di strumenti di controllo del movimento per superare la necessità di competenze cinematiche specializzate. I kit offrono librerie di robotica che è possibile utilizzare per programmare il movimento cartesiano proprio come per una macchina convenzionale in un blocco funzione IEC 61131-3. L'applicazione di un blocco funzione di trasformazione esegue quindi tutta la cinematica necessaria.

Quando tutte le funzioni della macchina sono integrate in blocchi funzione, è possibile sviluppare programmi in una struttura modulare che migliora la diagnostica, la riutilizzabilità e la risposta agli ingressi.

I sistemi robotici possono quindi essere progettati come moduli collegati tra loro tramite blocchi funzione concatenati per eseguire la trasformazione (detta anche "trafo") necessaria. Ad esempio, per un noto robot articolato a 6 assi, più un trafo per il movimento del polso e un trafo per l'azionamento dell'utensile di fine braccio.

Come ha recentemente affermato un rapporto ARC, "La modularità della macchina consente ai costruttori di macchine di configurare una macchina per il confezionamento basata su sottosistemi funzionali come caroselli di bottiglie, etichettatrici e confezionatrici. L'integrazione di un manipolatore robotizzato sfrutta ulteriormente il concetto di modularità....."

Cosa cercare nei kit di sviluppo. I robot sono in grado di sviluppare alcune forze G, e troppo può superare la forza di presa della pinza sul prodotto. Pertanto, cercare un monitoraggio intelligente dell'accelerazione per limitare le accelerazioni e le velocità e contenere le forze centrifughe risultanti.

I comandi di movimento dovrebbero includere l'interpolazione punto-punto, lineare o circolare e spline. Gli algoritmi di Spline Curve mappano un percorso continuo tra i punti di partenza e di destinazione. Cercate una capacità di miscelazione geometrica per ridurre i tempi di ciclo "miscelando" il percorso per ottimizzare la velocità e la distanza percorsa per raggiungere il punto di destinazione. Dovresti avere la possibilità di definire i tuoi criteri per il punto di arrivo, la velocità, l'accelerazione e il jerk.

Il programma dovrebbe mantenere sia i movimenti avanti che indietro sullo stesso percorso - e questo è più difficile di quanto potrebbe apparire per la prima volta, come il backup in auto a 60 mph. Allo stesso modo, dovrebbe rimanere sulla strada durante un arresto di emergenza.

Il programma dovrebbe anche essere in grado di innescare con precisione i movimenti periferici, come gli indici, gli involucri e i meccanismi di saldatura.

Altre considerazioni. È più semplice e con tempi di risposta più rapidi integrare la robotica con le operazioni della confezionatrice quando il controllo è centralizzato in un unico controllore. Tuttavia, il controllore deve essere sufficientemente potente per gestire uno o più bracci robotizzati e tutte le funzioni correlate, come ad esempio i sistemi di localizzazione del nastro e di visione.

Molti fornitori di controlli oggi rivendicano il controllo robotico tra le loro borse di trucchi. Ma diverse caratteristiche possono variare notevolmente, tra cui: facilità di sviluppo, facilità d'uso, integrazione con il resto della macchina confezionatrice, e il tempo di risposta per regolare un movimento continuo, come il cambio di velocità del nastro e solo la velocità normale. Test approfonditi illumineranno le differenze tra i fornitori.