Robotronika. Automatyzacja i robotyzacja procesu pakowania
|
System transportu wewnętrznego tworzy bardzo istotny składnik infrastruktury procesów logistycznych, które aktywnie wpływają na szybkość przemieszczania towarów, poziom procesów manipulacyjnych i transportowych pod względem ich wydajności, a jednocześnie zapewniają ochronę przed uszkodzeniem i utratą wartości użytkowych. Środki transportu wewnętrznego mają bardzo ważny wpływ na przebieg procesów produkcyjnych. Do urządzeń z grupy systemów transportu wewnętrznego możemy zaliczyć następujące środki manipulacji i transportu, możemy je też nazywać "nośnikami bliskimi":
Urządzenia pomocnicze do manipulowania towarem to m.in.: |
|
Co to jest paletyzator (paletyzer)
Paletyzator (paletyzer) to maszyna, która zapewnia automatyczne układanie kartonów towarów lub produktów na palecie w ramach paletyzacji. Paletyzacja to umieszczenie ładunków na palecie. Palety to płaskie, drewniane platformy o określonych wymiarach. Mogą być one różne. Najczęściej spotykaną jest paleta typu EUR (800 mm x 1200 mm). Innymi typami są palety niespełniające wymagań palety EUR oraz paleta przemysłowa (1000 mm x 1200 mm).
Ręczne umieszczanie pudeł na paletach może być czasochłonne i kosztowne; może również wywierać niezwykły stres na pracowników. Pierwszy zmechanizowany paletyzator został zaprojektowany, zbudowany i zainstalowany w 1948 roku przez firmę znaną wcześniej jako Lamson Corp.
Istnieją specyficzne typy paletyzatorów, w tym ułatwiające układanie rzędów, które zostały wprowadzone na początku lat pięćdziesiątych. W aplikacjach paletyzacji z formowaniem rzędów ładunki są układane na obszarze formowania rzędów, a następnie przenoszone do innego obszaru, w którym odbywa się formowanie warstw. Ten proces powtarza się do momentu skonfigurowania pełnej warstwy towarów i produktów do umieszczenia na palecie.
Paletyzator in-line został opracowany w latach 70. XX wieku, kiedy do paletyzacji potrzebne były większe prędkości. Ten typ paletyzatora wykorzystuje rozdzielacz przepływu ciągłego ruchu, który kieruje towary do żądanego obszaru na platformie formującej warstwy.
Zrobotyzowane paletyzatory zostały wprowadzone na początku lat 80-tych i mają końcówkę ramienia (efektor końcowy) do chwytania produktu z przenośnika lub stołu warstwowego i umieszczania go na palecie. Zarówno konwencjonalne, jak i zrobotyzowane paletyzatory mogą odbierać produkt na dużej wysokości (zwykle między 84 ”- 2,13 m do 124” - 3,15 m) lub na niskim poziomie „na poziomie podłogi” (zwykle na wysokości 30 ”- 0,76 m do 36” - 0,91 m). Oprzyrządowanie końca ramienia ewoluowało w ostatnich latach, aby dostosować się do różnych wzorów opakowań i typów opakowań.
Ręczne umieszczanie pudeł na paletach może być czasochłonne i kosztowne; może również wywierać niezwykły stres na pracowników. Pierwszy zmechanizowany paletyzator został zaprojektowany, zbudowany i zainstalowany w 1948 roku przez firmę znaną wcześniej jako Lamson Corp.
Istnieją specyficzne typy paletyzatorów, w tym ułatwiające układanie rzędów, które zostały wprowadzone na początku lat pięćdziesiątych. W aplikacjach paletyzacji z formowaniem rzędów ładunki są układane na obszarze formowania rzędów, a następnie przenoszone do innego obszaru, w którym odbywa się formowanie warstw. Ten proces powtarza się do momentu skonfigurowania pełnej warstwy towarów i produktów do umieszczenia na palecie.
Paletyzator in-line został opracowany w latach 70. XX wieku, kiedy do paletyzacji potrzebne były większe prędkości. Ten typ paletyzatora wykorzystuje rozdzielacz przepływu ciągłego ruchu, który kieruje towary do żądanego obszaru na platformie formującej warstwy.
Zrobotyzowane paletyzatory zostały wprowadzone na początku lat 80-tych i mają końcówkę ramienia (efektor końcowy) do chwytania produktu z przenośnika lub stołu warstwowego i umieszczania go na palecie. Zarówno konwencjonalne, jak i zrobotyzowane paletyzatory mogą odbierać produkt na dużej wysokości (zwykle między 84 ”- 2,13 m do 124” - 3,15 m) lub na niskim poziomie „na poziomie podłogi” (zwykle na wysokości 30 ”- 0,76 m do 36” - 0,91 m). Oprzyrządowanie końca ramienia ewoluowało w ostatnich latach, aby dostosować się do różnych wzorów opakowań i typów opakowań.
Magazyn palet
Magazyn palet (pallet magazine) nazywany także dyspenserem palet (pallet dispenser) lub stacją układania palet (pallet stacking station) jest idealnym urządzeniem do przechowywania pustych palet w zależności od ich wielkości i przeznaczenia, a także do bezpiecznego układania wymienionych palet na minimalnej powierzchni po wymianie. Magazyn palet automatyzuje obsługę palet, układanie palet w stosy i ich rozładowywania w zależności od potrzeb projektu.
Roboty - automatyzacja pakowania
Robot przemysłowy to manipulacyjny robot przemysłowy jest automatycznie sterowaną, programowalną, wielozadaniową maszyną manipulacyjną o wielu stopniach swobody, posiadającą właściwości manipulacyjne lub lokomocyjne, stacjonarną lub mobilną, dla ważnych zastosowań przemysłowych. Programowalność jest kluczową cechą robotów, odróżniającą je od mechanicznych manipulatorów. Oznacza, że zaprogramowane ruchy lub funkcje pomocnicze robota mogą być zmienianie bez zmiany struktury mechanicznej lub układu sterowania.
Roboty przemysłowe stosuje się w celu zastąpienia ludzi w pracy na stanowiskach uciążliwych i niebezpiecznych. Najczęściej wykonują one zadania ryzykowne (np. obsługa prasy lub praca w środowisku agresywnym chemicznie), monotonne (np. obsługa taśmy produkcyjnej) czy wymagające dużej siły fizycznej (np. rozładunek, załadunek), bądź wyjątkowej precyzji (np. zaawansowana obróbka materiałowa). Z drugiej strony stosowanie robotów ma na celu zwiększenie poziomu produkcji oraz zwiększenie wydajności i obniżenie kosztów produkcji. Roboty przemysłowe znajdują zastosowanie głównie w przemyśle elektromaszynowym, ale także w górnictwie, rolnictwie, transporcie, budownictwie, łączności, przemyśle chemicznym, leśnictwie, medycynie, hotelarstwie, kosmonautyce.
Robotami nazywane są także samojezdne owijarki do owijania palet np. Cyklop CSM.
Roboty przemysłowe stosuje się w celu zastąpienia ludzi w pracy na stanowiskach uciążliwych i niebezpiecznych. Najczęściej wykonują one zadania ryzykowne (np. obsługa prasy lub praca w środowisku agresywnym chemicznie), monotonne (np. obsługa taśmy produkcyjnej) czy wymagające dużej siły fizycznej (np. rozładunek, załadunek), bądź wyjątkowej precyzji (np. zaawansowana obróbka materiałowa). Z drugiej strony stosowanie robotów ma na celu zwiększenie poziomu produkcji oraz zwiększenie wydajności i obniżenie kosztów produkcji. Roboty przemysłowe znajdują zastosowanie głównie w przemyśle elektromaszynowym, ale także w górnictwie, rolnictwie, transporcie, budownictwie, łączności, przemyśle chemicznym, leśnictwie, medycynie, hotelarstwie, kosmonautyce.
Robotami nazywane są także samojezdne owijarki do owijania palet np. Cyklop CSM.
Pozycjonery - pozycjonowanie produktów
Pozycjonery to urządzenia albo inaczej maszyny manipulujące. One umożliwiają pracę lub obróbkę przez robota w najdogodniejszych pozycjach i/lub mogą dać dostęp do tych miejsc. One ułatwiają ruchu robotów związany z odrębnym oprzyrządowaniem montażowym, np. spawanymi, malowanymi, montowanymi operacjami.
Dla pozycjonerów spawalniczych typowa jest dwuosiowa manipulacja z użyciem jednego stołu roboczego. Taki typ nazywa się pozycjonerem dwuosiowym.
Pozycjoner typu "L” - pojawił się jako rozwiązanie wielu problemów konstrukcyjnych. Manipulacja obiektami dzieje się przez dwie osi głównie, czyli obrotowy stół, który zamocowany na ramieniu w kształcie litery "L”.
Zaletami i odmiennościami konstrukcji "L” od standardowych pozycjonerów dwuosiowych są:
Pozycjoner typu "H” – symetryczna i dwustanowiskowa maszyna, która ma trzy osi obrotowe (równoległe, horyzontalne). Dwie osi ustawione w układzie wrzecionowym, na końcu których są stoły robocze. Trzecia jest potrzebna dla zmiany stanowisk w zakresie połowy obrotu 2×180̊. Jednocześnie odbywa się praca robota po jednej stronie, a obsługa załadowczo-wyładowcza dzieje się na innej stronie.
Pozycjonery typu "H” istnieją w dwóch wariantach:
Dla pozycjonerów spawalniczych typowa jest dwuosiowa manipulacja z użyciem jednego stołu roboczego. Taki typ nazywa się pozycjonerem dwuosiowym.
Pozycjoner typu "L” - pojawił się jako rozwiązanie wielu problemów konstrukcyjnych. Manipulacja obiektami dzieje się przez dwie osi głównie, czyli obrotowy stół, który zamocowany na ramieniu w kształcie litery "L”.
Zaletami i odmiennościami konstrukcji "L” od standardowych pozycjonerów dwuosiowych są:
- manipulowany obiekt znajduje się w najlepszej pozycji w stosunku do zasięgu robota,
- manipulowany obiekt może znajdować się w pozycji całkowicie obróconej, dzięki możliwości obroty ramienia "L” o n×360̊,
- manipulowany obiekt ma lepsze wyważenie dzięki redukcji generowanego momentu obrotowego i zbliżeniu środka ciężkości obciążenia do osi obrotu ramienia "L”,
- dostępność wymiennej przeciwwagi dla wyważenia obciążenia,
- dostępność podnoszenia i opuszczania ramienia "L” z jego osią obrotu przez dodany oś Z,
- dostępność wersji dwustanowiskowej.
Pozycjoner typu "H” – symetryczna i dwustanowiskowa maszyna, która ma trzy osi obrotowe (równoległe, horyzontalne). Dwie osi ustawione w układzie wrzecionowym, na końcu których są stoły robocze. Trzecia jest potrzebna dla zmiany stanowisk w zakresie połowy obrotu 2×180̊. Jednocześnie odbywa się praca robota po jednej stronie, a obsługa załadowczo-wyładowcza dzieje się na innej stronie.
Pozycjonery typu "H” istnieją w dwóch wariantach:
- oś zmiany stanowisk roboczych i będąca przedmiotem opracowania pionowa,
- oś zmiany stanowisk roboczych jest pozioma i równoległa do dwóch pozostałych.
- dzięki skośnej spoczynkowej belce ze stołami roboczymi pozycjoner ma lepszą lokalizację obiektu w stosunku do zasięgu robota,
- na operację zmiany stanowisk roboczych nie jest potrzebna dodatkowa przestrzeń,
- nie ma kolizji pomiędzy pozycją montażową robotą a pozostałym sprzętem na stanowiskach oraz operacjami zmiany tych stanowisk roboczych.
Parametry techniczne robotów przemysłowych
W związku z dużą ilością typów robotów przemysłowych na rynku, użytkownik ma potrzebę poznać te parametry, które ich wyróżniają. Takie parametry techniczne to:
W zależności od potrzeb użytkownika roboty mogą mieć różną budowę. Jednymi z głównych komponentów systemu robota można nazwać:
- maksymalny udźwig (maksymalny możliwy ciężar podniesiony przez robota),
- przestrzeń robocza,
- maksymalny zasięg pracy (maksymalny zakres osi robota, który jest możliwy),
- maksymalna prędkość ruchu (maksymalne prędkości obrotowe poszczególnych osi robota),
- powtarzalność (powtarzalność wykonywanych ruchów robota zapewniająca ich dokładność),
- temperatura obszaru pracy (wartość temperatury, w której jest możliwa praca robota),
- względna zalecana wilgotność obszaru pracy,
- zajmowana powierzchnia,
- dodatkowe obciążenie ramienia,
- masa całkowita robota,
- rodzaj napędów robota,
- występowanie mechanicznych ograniczników ruchu,
- warianty montażu robota,
- ilość osi robota,
- dodatkowe wyposażenie
- sposób montażu robota
W zależności od potrzeb użytkownika roboty mogą mieć różną budowę. Jednymi z głównych komponentów systemu robota można nazwać:
- manipulator (mechaniczna jednostka)
- kontroler (sterownik) z układem zasilania
- programator (Teach Pendant)
- efektor (narzędzie specjalistyczne lub chwytak)
- napędy
- czujniki (wewnętrzne i zewnętrzne)
- dodatkowe osie robota (tor jezdny, pozycjoner)
Rodzaje robotów przemysłowych
Podtyp robotów ze względu na strukturę kinematyczną:
Wyróżnia się cztery podstawowe typy robotów przemysłowych:
W zależności od rodzaju energii używanej do poruszania członami roboty przemysłowe możemy podzielić na:
Można wydzielić roboty o strukturze kinematycznej:
Jednostki robotów przemysłowych jako manipulatorów łączone są ze sobą za pomącą par kinematycznych. Człony można łączyć:
- stacjonarne (nieruchomy na podłodze):
- z otwartymi łańcuchami kinematycznymi (pary kinematyczne połączone szeregowo),
- z zamkniętymi łańcuchami kinematycznymi (pary kinematyczne połączone równoległe):
- tripody, inaczej typu delta (zamknięty kinematyczny łańcuch stworzony przez trzy ramiona),
- heksapody (zamknięty kinematyczny łańcuch stworzony przez sześć ramion).
- mobilne (ruchome na podłodze):
- poruszające się po stałym torze jezdnym (znalazłi swoje zastosowanie na liniach technologicznych fabryk),
- autonomiczne (mogą się swobodnie poruszać).
- monolityczne – konstrukcja mechanizmu jest niezmienna, tzn. ramiona robota mogą być uzupełnione wymiennymi końcówkami (efektorami) na życzenie użytkownika,
- modułowe – jest możliwe samodzielnie konstruowanie robota według elementów (segmentów), które są dostarczone przez producenta,
- pseudomodułowe – roboty są monolityczne, ale jest możliwa wymiana wybranych elementów, które są dostarczone przez producenta.
- sekwencyjne – roboty, które mają założony algorytm wykonywania ruchów,
- zadaniowe – roboty mogą realizować zadania według pewnego założonego algorytmu, który zawiera opis prędkości, orientacji i położenia,
- adaptacyjne – mają dodatkowe mechanizmy (czujniki, algorytmy adaptacyjne), za pomocą których dzieje się dostosowanie do otaczającego środowiska (przestrzeni roboczej),
- teleoperatory – stresowanie przez operatora lub komputer (sterownik PLC) bezpośrednio – to jest zasadnicza cecha takich robotów.
- pneumatyczne,
- hydrauliczne,
- elektryczne,
- kombinowane.
Wyróżnia się cztery podstawowe typy robotów przemysłowych:
- robot sekwencyjny to robot z układem sterowania, w którym ruchy w poszczególnych osiach następują w określonej kolejności, a zakończenie jednego ruchu inicjuje kolejny (PN-EN ISO 8373 2.10)
- robot sterowany według trajektorii to robot wykonujący procedurę sterowania, za pomocą której jest regulowany ruch w trzech lub większej liczbie osi do następnej żądanej pozycji (PN-EN ISO 8373.211)
- robot adaptacyjny to robot mający sterowanie sensoryczne, sterowanie adaptacyjne lub funkcję uczenia się z układem sensorycznym (PN-EN ISO 8373 2.12)
- robot mobilny to robot, który przenosi wszystkie środki niezbędne do jego kontroli i ruchu (układy zasilania, sterowania, napędu) (PN-EN ISO 8373 2.13)
W zależności od rodzaju energii używanej do poruszania członami roboty przemysłowe możemy podzielić na:
- Pneumatyczne – nośnikiem energii jest sprężone powietrze.
- Hydrauliczne – nośnikiem energii jest płyn hydrauliczny.
- Elektryczne – poruszanie członów następuje przy pomocy silników elektrycznych.
Można wydzielić roboty o strukturze kinematycznej:
- Monolitycznej (stałej strukturze kinematycznej) konstrukcje można uzupełnić chwytakiem lub akcesorium dopuszczonym przez producenta.
- Modułowej (zmienna struktura kinematyczna) konstrukcje można całkowicie przekonfigurować dokładając, zabierając lub wymieniając moduł.
- Pseudo modułowej Posiadają jednolitą strukturę kinematyczną z możliwością wymiany niektórych elementów (zazwyczaj ostatnich ogniw w łańcuchu kinematycznym)
Jednostki robotów przemysłowych jako manipulatorów łączone są ze sobą za pomącą par kinematycznych. Człony można łączyć:
- Szeregowo – tworzące otwarty łańcuch kinematyczny
- Roboty kartezjańskie – Układ współrzędnych jest prostokątny a przestrzeń ruchu prostopadłościenna. Roboty tego typu wykorzystywane do transportu elementów oraz montażu. Nazywane także robotami suwnicowymi.
- Roboty cylindryczne – Posiadają cylindryczną przestrzeń ruchową. Posiadają dwie prostopadłe względem siebie osie przesuwne i jedną obrotową.
- Roboty SCARA – Posiadają trzy osie, przy czym dwie o ruchu obrotowym równoległym względem siebie, jedną postępową. Dzięki swojej budowie pozwalają na precyzyjny i szybki montaż lub pakowanie.
- Roboty sferyczne – Posiadają jeden liniowy i dwa obrotowe zespoły ruchu.
- Roboty przegubowe (antropomorficzne) – Są one najbardziej rozpowszechnione wśród robotów przemysłowych. Wszystkie 3 osie są obrotowe, działaniem i budową przypominające górną kończynę człowieka. Stosuje się je w przenoszeniu, paletyzacji, spawaniu, zgrzewaniu, lakierowaniu i innych.
- Równolegle – tworząc zamknięty łańcuch kinematyczny.
- Tripody – składające się z trzech ramion równoległych.
- Hexapody – składające się z sześciu ramion równoległych.
- Hybrydowe – będące połączeniem manipulatorów szeregowych i równoległych
