24 AUTOMA 6/2016 průmyslové roboty téma Společnost Beckhoff nabízí výkonné nástro- je pro řízení robotů rozličných kinematic- kých struktur i jejich integraci do jediného úplného systému řízení celé výrobní linky. Průmyslové roboty a robotické systémy na- cházejí uplatnění jak v malých jednoúčelových úlohách, tak v technologických zařízeních rozsáhlých výrobních linek. Používa- jí se rozličně (úlohy měřicí, kamero- vé, svařovací, paletizační atd.) a čas- to je nutné je synchronizovat mezi se- bou i popř. s jinými částmi linky. Tato vzájemná synchronizace a komunika- ce mezi různými řídicími systémy bý- vají nezřídka problémovou částí au- tomatizační úlohy mj. tím, že kladou velké nároky na programátora, který se musí dobře orientovat v několika programovacích jazycích a v různých vývojových prostředích. Nejúčinnější způsob, jak se v tomto ohledu vyhnout problémům, je využít u všech kompo- nent linky jeden typ řídicího systému a příslušné jediné vývojové prostředí. Vývojové prostředí TwinCAT 3 Koncepce decentralizovaných perife- rií firmy Beckhoff umožňuje připojit ro- bot či robotický systém k okolí v reálném čase prostřednictvím komunikační sběrni- ce EtherCAT typu průmyslového Ethernetu. S použitím prostředků řídicího systému re- álného času tvořeného co do hardwaru prů- myslovým počítačem PC (IPC) a sběrnicí EtherCAT, co do programového vybavení softwarovým PLC a vývojovým prostředím TwinCAT 3 lze pro danou automatizační úlo- hu vytvořit integrovaný systém řízení reali- zující její veškeré potřebné funkce. Na jed- nom IPC tak mohou běžet vlastní řídicí pro- gram, bezpečnostní úloha TwinSAFE, sběr dat a vizualizace. Všechny uvedené úlohy, zahrnující i říze- ní robotu, lze realizovat v rámci jednoho spo- lečného vývojového prostředí TwinCAT 3 – odtud také jeho základní charakteristika „vše v jednom“ (all in one – viz obr. 1). K dispozi- ci je zde také úplná podpora programovacích jazyků podle normy IEC 61131. Spolu s prostředím TwinCAT 3 mohou na jednom IPC paralelně pod operačním systé- mem Windows běžet úlohy pracující mimo reálný čas, jako např. databázové servery, programy pro zpracování obrazu z kamery či správa zařízení na dálku. Komunikaci mezi aplikačními programy v prostředí TwinCAT 3 a programy běžícími pod Windows zprostřed- kovává komunikační vrstva ADS. TwinCAT 3 – robotické úlohy způsobem all in one Nástroje v prostředí v TwinCAT 3 Vývojové prostředí TwinCAT 3 poskytuje způsobem all in one nástroje k realizaci mj. následujících úloh, popř. funkcí. Řízení polohy a pohybu (motion control) v prostředí TwinCAT 3 obstarává úloha NC task, umožňující nejen řídit pohyb osy z jedné polohy do druhé (point-to-point – funkce NC PTP), ale i interpolovaně řídit skupinu poho- nů (funkce NC I). V případě funkce NC I lze trajektorii zadávat při použití funkčních blo- ků nebo G kódu (podle DIN 66025), který je zpracován vestavěným interpretem. Při řízení zařízení s několika osami a ro- botických systémů v kartézském souřadném systému s použitím G kódu lze v prostře- dí TwinCAT 3 využít balík kinematických transformací, umožňující interpolovaně řídit paralelní i sériové kinematické mechanismy (funkce TC3 Kinematic Transformation L1, L2, L3, L4). Nezávisle na typu mechanismu je možné dosáhnout doby odezvy řídicí smyč- ky polohy kratší než 500 µs. Mezi podporo- vanými kinematikami jsou např. mechanis- my 3D delta, roboty SCARA se čtyřmi stupni volnosti (čtyřosé), hexapody či šestiosá séri- ová kinematika (obr. 2). Funkce NC I v kombinaci s balíkem ki- nematických transformací umožňuje začlenit řídicí systém robotu do jediného systému ří- zení realizujícího úlohu řízení výrobní linky jako celku. Přínosem takovéhoto uspořádá- ní je možnost rychle vytvořit aplikační pro- gram, neboť odpadá již zmíněná nutnost znát několik řídicích systémů od různých výrob- ců. Další předností je snadná synchronizace činnosti robotu s činností ostatních techno- logických zařízení v lince, např. dopravníko- vých systémů. Pro manipulační úlohy typu pick-and- -place lze využít algoritmy z balíku Motion Pick-and-Place, dovolující optimalizovat tra- jektorii a dosáhnout plynulých pohybů. Ply- nulost trajektorie pohybu manipulátoru při rychlých pracovních pohybech (taktu linky) nejenže má zásadní vliv na dobu provozního života manipulátoru, ale také zmenšuje prav- děpodobnost poškození přemísťovaného vý- robku (obr. 3). Obr. 1. Vývojové prostředí TwinCAT 3 nabízí tzv. all in one veškeré funkce potřebné k provozu robotu či robotického systému v rámci výrobní linky Obr. 2. Přehled kinematických transformací obsažených v balíku TwinCAT 3 Kinematic Trans- formation L1, L2, L3, L4 sériová kinematika se šesti osami hexapod 5D kinematika úroveň 4 (L4): zahrnuje úroveň 3 a k tomu: – sériovou kinematika se šesti osami – hexapod – 5D kinematiku úroveň 3 (L3): zahrnuje úroveň 2 a k tomu složitější kinematiky, jako např.: – 3D kinematiku – SCARA – 3D delta kinematiku 3D kinematika SCARA 3D delta kinematika úroveň 2 (L2): zahrnuje úroveň 1 a k tomu doplňkové jednodušší kinematické transformace, jako např.: – nůžkovou (shear) kinematiku – válečkovou (roller) kinematiku (H-Bot) – 2D paralelní kinematiku nůžková kinematika válečková (roller) kinematika (H-Bot) 2D paralelní kinematika kartézský portál úroveň 1 (L1): statická transformace (posun a rotace) a různé kompenzace: – kartézský portál
Transcript
24 AUTOMA 6/2016
prům
yslo
vé r
obot
ytéma
Společnost Beckhoff nabízí výkonné nástro-je pro řízení robotů rozličných kinematic-kých struktur i jejich integraci do jediného úplného systému řízení celé výrobní linky.
Průmyslové roboty a robotické systémy na-cházejí uplatnění jak v malých jednoúčelových úlohách, tak v technologických zařízeních rozsáhlých výrobních linek. Používa-jí se rozličně (úlohy měřicí, kamero-vé, svařovací, paletizační atd.) a čas-to je nutné je synchronizovat mezi se-bou i popř. s jinými částmi linky. Tato vzájemná synchronizace a komunika-ce mezi různými řídicími systémy bý-vají nezřídka problémovou částí au-tomatizační úlohy mj. tím, že kladou velké nároky na programátora, který se musí dobře orientovat v několika programovacích jazycích a v různých vývojových prostředích. Nejúčinnější způsob, jak se v tomto ohledu vyhnout problémům, je využít u všech kompo-nent linky jeden typ řídicího systému a příslušné jediné vývojové prostředí.
Vývojové prostředí TwinCAT 3
Koncepce decentralizovaných perife-rií firmy Beckhoff umožňuje připojit ro-bot či robotický systém k okolí v reálném čase prostřednictvím komunikační sběrni-ce EtherCAT typu průmyslového Ethernetu. S použitím prostředků řídicího systému re-álného času tvořeného co do hardwaru prů-myslovým počítačem PC (IPC) a sběrnicí EtherCAT, co do programového vybavení softwarovým PLC a vývojovým prostředím TwinCAT 3 lze pro danou automatizační úlo-hu vytvořit integrovaný systém řízení reali-zující její veškeré potřebné funkce. Na jed-nom IPC tak mohou běžet vlastní řídicí pro-gram, bezpečnostní úloha TwinSAFE, sběr dat a vizualizace.
Všechny uvedené úlohy, zahrnující i říze-ní robotu, lze realizovat v rámci jednoho spo-lečného vývojového prostředí TwinCAT 3 – odtud také jeho základní charakteristika „vše v jednom“ (all in one – viz obr. 1). K dispozi-ci je zde také úplná podpora programovacích jazyků podle normy IEC 61131.
Spolu s prostředím TwinCAT 3 mohou na jednom IPC paralelně pod operačním systé-mem Windows běžet úlohy pracující mimo reálný čas, jako např. databázové servery, programy pro zpracování obrazu z kamery či správa zařízení na dálku. Komunikaci mezi aplikačními programy v prostředí TwinCAT 3 a programy běžícími pod Windows zprostřed-kovává komunikační vrstva ADS.
TwinCAT 3 – robotické úlohy způsobem all in one
Nástroje v prostředí v TwinCAT 3
Vývojové prostředí TwinCAT 3 poskytuje způsobem all in one nástroje k realizaci mj. následujících úloh, popř. funkcí.
Řízení polohy a pohybu (motion control) v prostředí TwinCAT 3 obstarává úloha NC task, umožňující nejen řídit pohyb osy z jedné
polohy do druhé (point-to-point – funkce NC PTP), ale i interpolovaně řídit skupinu poho-nů (funkce NC I). V případě funkce NC I lze trajektorii zadávat při použití funkčních blo-ků nebo G kódu (podle DIN 66025), který je zpracován vestavěným interpretem.
Při řízení zařízení s několika osami a ro-botických systémů v kartézském souřadném
systému s použitím G kódu lze v prostře-dí TwinCAT 3 využít balík kinematických transformací, umožňující interpolovaně řídit paralelní i sériové kinematické mechanismy (funkce TC3 Kinematic Transformation L1, L2, L3, L4). Nezávisle na typu mechanismu je možné dosáhnout doby odezvy řídicí smyč-ky polohy kratší než 500 µs. Mezi podporo-vanými kinematikami jsou např. mechanis-my 3D delta, roboty SCARA se čtyřmi stupni volnosti (čtyřosé), hexapody či šestiosá séri-ová kinematika (obr. 2).
Funkce NC I v kombinaci s balíkem ki-nematických transformací umožňuje začlenit řídicí systém robotu do jediného systému ří-zení realizujícího úlohu řízení výrobní linky jako celku. Přínosem takovéhoto uspořádá-ní je možnost rychle vytvořit aplikační pro-gram, neboť odpadá již zmíněná nutnost znát několik řídicích systémů od různých výrob-ců. Další předností je snadná synchronizace činnosti robotu s činností ostatních techno-logických zařízení v lince, např. dopravníko-vých systémů.
Pro manipulační úlohy typu pick-and--place lze využít algoritmy z balíku Motion Pick-and-Place, dovolující optimalizovat tra-jektorii a dosáhnout plynulých pohybů. Ply-nulost trajektorie pohybu manipulátoru při rychlých pracovních pohybech (taktu linky) nejenže má zásadní vliv na dobu provozního života manipulátoru, ale také zmenšuje prav-děpodobnost poškození přemísťovaného vý-robku (obr. 3).
Obr. 1. Vývojové prostředí TwinCAT 3 nabízí tzv. all in one veškeré funkce potřebné k provozu robotu či robotického systému v rámci výrobní linky
úroveň 4 (L4): zahrnuje úroveň 3 a k tomu:– sériovou kinematika
se šesti osami– hexapod– 5D kinematiku
úroveň 3 (L3): zahrnuje úroveň 2 a k tomu složitější kinematiky, jako např.:– 3D kinematiku– SCARA– 3D delta kinematiku
3D kinematika SCARA 3D delta kinematika
úroveň 2 (L2): zahrnuje úroveň 1 a k tomu doplňkové jednodušší kinematické transformace, jako např.:– nůžkovou (shear) kinematiku– válečkovou (roller) kinematiku (H-Bot)– 2D paralelní kinematiku
Není-li možné využít vlastní návrh kine-matického mechanismu, lze volit mezi nástro-ji k řízení robotů od třetích stran – od výrob-ců Kuka a Stäubli.
Nástroj pro přímou komunikaci mezi pro-středím TwinCAT 3 a řídicí jednotkou KR C4 robotů značky Kuka má označení mxAu-tomation. Pohyby robotu lze programovat přímo z prostředí TwinCAT 3 bez znalosti jazyka pro programování robotů. Kinema-tická úloha běží v tomto případě na straně robotu. Komunikace na úrovni master-mas-ter po sběrnici EtherCAT, realizovaná s po-užitím modulu EL6695 Bridge Terminal pro EtherCAT, umožňuje synchronizovat pro-středí TwinCAT 3 a robot v reálném čase. Programátor má díky tomu neustále přístup k aktuálním polohám jednotlivých os. Celý aplikační program je možné vytvořit a pro-vozovat bez nutnosti použít ruční operátor-ský panel pro programování robotů on-line (tzv. teach pendant).
Při řízení robotů značky Stäubli lze vybí-rat ze dvou produktů: UniVAL PLC a Uni-VAL Drive. Tyto dva nástroje umožňují řídit jak roboty SCARA, tak roboty se šestiosou kinematikou, přičemž robot je vždy Ether-
Obr. 3. 3D delta robot vytvořený s použi-tím řídicího softwaru a hardwaru značky Beckhoff (průmyslový počítač, servopohony a distribuované periferie)
CAT slave. Oba nástroje dovolují robot pro-gramovat bez znalosti jazyka pro jeho pro-gramování, ale i ho snadno začlenit do nad-řazeného systému řízení linky.
Při použití nástroje UniVAL PLC se zpra-covává kinematická úloha na straně řídicí jed-notky robotu. Programátor prostřednictvím funkčních bloků v prostředí TwinCAT 3 při-stupuje k databázi uložených bodů trajekto-rie robotu. Nástroj UniVAL Drive využívá od-lišný přístup, kdy kinematická úloha běží na straně TwinCAT 3 a zpracovává se s použitím integrovaného balíku kinematických trans-formací. Díky tomu lze robot řídit z úlohy NC prostřednictvím G kódu v reálném čase.
Závěr
Firma Beckhoff nabízí nástroje k říze-ní jak kinematických mechanismů vlastních konstrukcí, tak i hotových mechanismů od třetích stran. V obou případech jsou ve vý-vojovém prostředí TwinCAT 3 k dispozici knihovny funkčních bloků umožňující vy-tvořit úplný systém řízení. Uživatel tak může využít přednosti vlastní centralizovanému ří-zení – jeden hardware, komunikace v reál-ném čase a jedno vývojové prostředí. Díky tomu je možné zrychlit vývoj celého systé-mu řízení výrobní linky, zkrátit dobu potřeb-nou k jejímu uvedení do provozu a zjedno-dušit její údržbu.
Štěpán Drha,Beckhoff Česká republika s. r. o.
Zpráva The next Generation of Workfor-ce problems with remote manufacturing si-tes, kterou vydala poradenská agentura ARC Advisory Group, reaguje na diskuse o stárnutí současných zaměstnanců v průmyslu a o nut-nosti nahradit je novými pracovníky. Do pra-xe v současné době nastupuje generace někdy nazývaná jako Millenialls (lidé narození před přelomem tisíciletí, v letech 1988 až 1999). Lidé této generace hledí již při nástupu do zaměstnání také na dobré sladění pracovního a osobního života. Jak přilákat lidi zmíněné generace do výrobních firem a udržet je tam, to bylo téma několik seminářů, které uspořá-dala organizace ARC na svém výročním fóru v Orlandu (USA).
Jedním z největších problémů je prostě získat mladé inženýry a techniky do výro-by. Není to nový problém. Mnoho výrobních průmyslových firem zaznamenává deseti- až patnáctiletý výpadek v najímání nových lidí,
Jak získávat mladé inženýry pro práci ve výrobních firmách?
protože mladí inženýři v současnosti míří spí-še do IT společností.
Inženýři v průmyslových výrobních fir-mách musí být technicky na výši a výrob-ní firmy o ně musí soutěžit se společnostmi, jako je Apple, Google a další, které mladé lidi lákají svým moderním „cool“ obrazem. Pro-to se musí výrobci snažit vytvářet pro nové zaměstnance smysluplné a obohacující pra-covní podmínky, které jim také dovolí vhod-ně sladit pracovní a osobní život.
Pro mnoho firem je velmi složité sdělit mladému inženýrovi při nástupu do zaměstná-ní, že příštím krokem v jeho kariéře je přesu-nout se do zahraničního výrobního závodu. To ještě nemusí být problém, jestliže to znamená přestěhovat se ze současného místa, kde se mu podařilo harmonizovat pracovní a osobní akti-vity, do oblasti v tomto ohledu ještě lepší. Čas-to však uvedený další krok v kariéře znamená, že se inženýr v souladu s potřebami výrobní
společnosti musí přestěhovat do země s velmi odlišným společenským prostředím, kde ně-kdy musí změnit i životní styl. Naštěstí mo-hou výrobní firmy zvážit i jiné možnosti, jak tento problém vyřešit. Mohou jednak vy užít znalosti místních odborníků a jednak využívat techniku dálkového řízení provozů. V tom pří-padě může být pracoviště inženýra umístěno v oblasti, kde bude možné lépe uvést v soulad jeho pracovní a osobní zájmy.
Pro výrobní firmy je nyní důležité, aby bylo zaměstnávání nových lidí promyšlené a pečlivě řízené s velkým ohledem na spole-čenské aspekty. Výrobní firmy často využí-vají školitele, kteří pomáhají novým zaměst-nancům projít nástupem do zaměstnání. Je-li záměrem firmy nového zaměstnance časem přesunout do zahraničního provozu, měla by s ním tuto skutečnost probrat dříve, než vyna-loží čas a náklady na jeho zaškolení.
