Máy xếp robot thông minh

Kiến thức ngành

Lựa chọn công cụ cuối cánh tay cho Máy xếp hàng robot Hệ thống xử lý cáp cuộn

Công cụ cuối cánh tay (EOAT) trên Máy xếp khay rô-bốt là bộ phận duy nhất chịu trách nhiệm lớn nhất về việc liệu hệ thống có thực sự đáp ứng các mục tiêu về độ chính xác của vị trí và thời gian chu kỳ trong sản xuất hay không — tuy nhiên, nó nhận được ít sự chú ý kỹ thuật hơn nhiều so với chính cánh tay rô-bốt trong giai đoạn đặc tả. Đối với các nhà sản xuất cáp, thách thức này đặc biệt gay gắt vì cáp cuộn là một tải trọng khó xử lý về mặt cơ học: nó tròn, tương đối biến dạng, có đường kính ngoài thay đổi giữa các dòng sản phẩm và thường xuất hiện ở các vị trí và hướng không nhất quán trên băng tải tiến dao. Dụng cụ kẹp được thiết kế cho các thùng carton cứng hoặc túi đồng nhất sẽ bị hỏng liên tục trên cáp cuộn, tạo ra lỗi vị trí tích tụ thành tải pallet không ổn định và cần phải can thiệp thủ công để khắc phục.

Hai phương pháp EOAT chủ yếu dành cho việc xếp pallet bằng cáp cuộn là kẹp kẹp và máy nâng kiểu nĩa. Dụng cụ kẹp tạo áp lực ngang từ hai mặt hàm trở lên để giữ cuộn dây trong quá trình chuyển - hiệu quả đối với các cuộn dây có đường kính ngoài ổn định và vật liệu vỏ đủ cứng để chống biến dạng dưới lực kẹp. Máy nâng kiểu nĩa chèn hai hoặc nhiều mũi nhọn bên dưới cuộn dây và nâng từ bên dưới, điều này vốn dễ biến đổi OD hơn nhưng yêu cầu cuộn dây phải được đặt ở độ cao đã biết phía trên bề mặt băng tải và yêu cầu có đủ khoảng trống bên dưới cuộn dây để chèn mũi nhọn. Đối với môi trường sản phẩm hỗn hợp chạy cáp OD từ 8mm đến 60mm trên cùng một ô xếp pallet, một công cụ kết hợp với chiều rộng kẹp có thể điều chỉnh và giá đỡ đáy có thể thu vào sẽ mang lại phạm vi tương thích rộng nhất với chi phí là độ phức tạp của dụng cụ cao hơn và thời gian chuyển đổi lâu hơn giữa các dòng sản phẩm.

Công ty TNHH Máy móc chính xác Yessjet Thượng Hải phát triển các thông số kỹ thuật EOAT như một phần của Máy xếp robot thông minh quy trình thiết kế hệ thống, bắt đầu bằng ma trận tải trọng ghi lại phạm vi OD cuộn dây, phạm vi trọng lượng cuộn dây, độ cứng vật liệu vỏ và cấu hình dây đai cho mọi sản phẩm cáp mà khách hàng dự định chạy. Ma trận này điều khiển cả thiết kế cơ khí của công cụ và quỹ đạo của chương trình robot, bởi vì cuộn dây nặng hơn hoặc OD lớn hơn yêu cầu góc tiếp cận khác và cấu hình giảm tốc để duy trì độ chính xác của vị trí trong dung sai ±5 mm mà hầu hết các mẫu pallet yêu cầu để xếp chồng ổn định.

Lập trình mẫu pallet: Mẫu tĩnh so với logic lớp thích ứng

Lập trình mẫu pallet trong một Cánh tay robot xếp chồng thông minh Hệ thống đối với các sản phẩm dạng cuộn tròn phức tạp hơn so với đối với các thùng hình chữ nhật, vì các hình tròn không được xếp chồng lên nhau một cách hiệu quả và việc quản lý khoảng cách giữa các cuộn dây quyết định cả độ ổn định của pallet lẫn mật độ tải trọng hiệu quả trên mỗi pallet. Lập trình mẫu tĩnh - trong đó mỗi lớp tuân theo lưới vị trí cuộn dây được xác định trước - rất dễ thực hiện và tạo ra kết quả có thể dự đoán được cho một sản phẩm. Tuy nhiên, các mẫu tĩnh trở thành một trở ngại trong môi trường sản phẩm hỗn hợp trong đó OD cuộn dây thay đổi trong các lần chạy, bởi vì mẫu được tối ưu hóa cho cuộn dây OD 200mm sẽ để lại những khoảng trống quá mức hoặc gây nhiễu tiếp xúc giữa các cuộn dây khi đường dây chuyển sang sản phẩm OD 240mm mà không điều chỉnh mẫu.

Logic lớp thích ứng giải quyết vấn đề này bằng cách tính toán lưới vị trí trong thời gian chạy dựa trên OD cuộn dây thực tế được đo bằng hệ thống thị giác hoặc được nhập thông qua giao diện quản lý công thức. Bộ điều khiển robot xác định số lượng cuộn dây phù hợp trên mỗi lớp ở OD hiện tại, tính toán khoảng cách hàng và cột tối ưu để căn giữa mẫu trong phạm vi dấu chân pallet và tạo ra các điểm tham chiếu cho mỗi vị trí di chuyển một cách linh hoạt. Cách tiếp cận này giúp loại bỏ nhu cầu duy trì một thư viện mẫu tĩnh cho mọi SKU sản phẩm - một thư viện trên thực tế trở nên khó sử dụng và trở thành gánh nặng bảo trì khi các sản phẩm cáp mới được giới thiệu.

So sánh các phương pháp tiếp cận mẫu theo môi trường sản xuất

Các kiểu khóa liên động theo lớp - trong đó các lớp thay thế được xoay 90 độ hoặc lệch bằng một nửa bước cuộn - cải thiện đáng kể độ ổn định của pallet đối với các cuộn tròn, không có mặt phẳng để tránh trượt ngang. Việc triển khai khóa liên động lớp trong hệ thống mẫu thích ứng yêu cầu bộ điều khiển robot theo dõi số lớp hiện tại và áp dụng độ lệch xoay chính xác cho lưới được tính toán, một bước logic dễ thực hiện nhưng thường bị bỏ qua trong các hệ thống mẫu tĩnh cơ bản vì nó yêu cầu lập trình mẫu phức tạp hơn mức mà người vận hành thường được đào tạo để thực hiện.

Phân tích thời gian chu kỳ: Trường hợp hệ thống xếp chồng robot thông minh mất thời gian trong sản xuất thực tế

Thời gian chu kỳ do nhà cung cấp báo giá cho Máy xếp chồng robot thông minh hầu như luôn được đo trong các điều kiện lý tưởng: một kích thước cuộn, được định vị trước tại một điểm tiến dao cố định, đặt trên một pallet trống ở độ cao cố định, không có sự kiện chuyển đổi pallet. Thời gian chu kỳ sản xuất thực tế luôn dài hơn 15–30% so với những số liệu được trích dẫn này do các yếu tố hiện diện trong mọi ca sản xuất nhưng không có trong thử nghiệm điểm chuẩn: sự thay đổi vị trí cuộn dây trên băng tải tiến dao, tăng chiều cao pallet khi tích lũy các lớp, thời gian ngừng trao đổi pallet và thỉnh thoảng chọn lại khi cuộn dây không được đặt đúng vị trí trong lần thử đặt đầu tiên.

Mất thời gian có thể phục hồi lớn nhất trong hầu hết các quá trình lắp đặt Cánh tay robot xếp chồng thông minh là trình tự trao đổi pallet — thời gian giữa lúc robot đặt cuộn dây cuối cùng lên một pallet đầy và lần đặt đầu tiên lên một pallet trống mới. Việc trao đổi pallet thủ công bằng xe nâng thường mất 60–120 giây; trong cửa sổ này, dây chuyền cuộn ngược dòng dừng hoặc tích lũy các cuộn dây trên băng tải đệm có thể không có đủ công suất cho một chuỗi trao đổi dài. Bộ phân phối pallet tự động — đặt trước một pallet trống bên dưới phạm vi làm việc của robot trong khi pallet hiện tại vẫn đang được lấp đầy — giảm khoảng cách trao đổi xuống còn 10–20 giây và loại bỏ sự phụ thuộc vào tính sẵn có của xe nâng, điều mà trong các cơ sở nhiều dây chuyền thường là tài nguyên được chia sẻ tạo ra xung đột về lịch trình.

• Định vị băng tải nạp liệu: Sự thay đổi vị trí cuộn dây ±30 mm trên băng tải tiến dao tăng thêm 0,3–0,8 giây cho mỗi chu kỳ chọn hàng đối với hệ thống hướng dẫn bằng hình ảnh thực hiện hiệu chỉnh vị trí — trên 500 lượt chọn mỗi ca, điều này thể hiện thời gian mất tích lũy là 2,5–6,5 phút
• Bù chiều cao pallet: Mỗi lớp kế tiếp sẽ nâng điểm vị trí lên theo chiều cao của ngăn xếp cuộn dây; rô-bốt phải di chuyển một khoảng cách thẳng đứng dài hơn đối với các lớp trên, thêm 0,2–0,5 giây cho mỗi vị trí so với chu kỳ của lớp mặt đất — hiệu ứng này kết hợp với toàn bộ pallet gồm 6–8 lớp
• Chọn lại sự kiện: Các cuộn dây không được đặt đúng vị trí sau lần thử đặt vị trí đầu tiên sẽ yêu cầu rô-bốt phải nâng, đặt lại vị trí và đặt lại — một chuỗi mất 3–8 giây và xảy ra với tỷ lệ 1–3% tổng số lượt chọn trong hệ thống không có cảm biến xác nhận vị trí
• Can thiệp vào đuôi: Đuôi dây đeo lỏng lẻo trên các cuộn dây được buộc không hoàn hảo có thể gây trở ngại cho các cuộn dây liền kề trong quá trình đặt, cần phải dừng 2–5 giây để đuôi ổn định trước khi robot nhả cuộn dây - một vấn đề liên quan đến trạm buộc dây ngược dòng chứ không phải chính robot

Tích hợp hệ thống thị giác trong các ô xếp hàng rô-bốt: Hiệu chuẩn và quản lý trôi dạt

Hệ thống xếp hàng rô-bốt dẫn hướng bằng thị giác trong môi trường sản xuất cáp phải đối mặt với những thách thức hiệu chuẩn khác với các ứng dụng thị giác công nghiệp điển hình vì môi trường làm việc kết hợp độ rung từ máy móc lân cận, ánh sáng xung quanh thay đổi do chuyển động của cần cẩu trên cao và đặc điểm bề mặt sản phẩm — cuộn dây có chất liệu dây đeo phản chiếu và lớp hoàn thiện vỏ mờ hoặc bán bóng — tạo ra độ tương phản hình ảnh không nhất quán tùy thuộc vào góc chiếu sáng và màu vỏ. Hệ thống quan sát được hiệu chỉnh vào buổi sáng dưới ánh sáng ổn định của nhà máy có thể tạo ra sai số vị trí lấy hàng từ 5–15mm vào giữa ca nếu bóng của cần trục trên cao hoặc rung động của thiết bị lân cận đã làm thay đổi tính toán trọng tâm hình ảnh hiệu quả.

Cách tiếp cận hiệu quả nhất để quản lý độ lệch hiệu chuẩn tầm nhìn trong môi trường sản xuất là sự kết hợp giữa hệ thống chiếu sáng có cấu trúc cố định trong tầm nhìn tầm nhìn — không phụ thuộc vào hệ thống chiếu sáng xung quanh nhà máy — và quy trình xác minh hiệu chuẩn định kỳ trong chu kỳ. Hệ thống chiếu sáng có cấu trúc, thường là đèn vòng hoặc đèn thanh tuyến tính gắn trên giá đỡ máy ảnh, đảm bảo hình dạng chiếu sáng không đổi bất kể điều kiện môi trường xung quanh. Kiểm tra hiệu chuẩn trong chu kỳ bao gồm việc robot chọn định kỳ một mục tiêu tham chiếu tại một vị trí đã biết và so sánh vị trí được báo cáo của hệ thống thị giác với thông tin thực tế đã biết; những sai lệch trên ngưỡng sẽ kích hoạt quy trình hiệu chỉnh lại tự động trước khi tiếp tục sản xuất.

Trôi dạt nhiệt là mối quan tâm hiệu chuẩn thứ cấp ở các cơ sở không có hệ thống kiểm soát khí hậu. Giá đỡ gắn máy ảnh và đế robot đều giãn nở theo nhiệt trong ngày, làm thay đổi mối quan hệ không gian giữa khung máy ảnh và khung thế giới robot theo từng phần milimet tích tụ thành sai số vị trí từ 3–8 mm theo nhiệt độ cao nhất vào buổi chiều. Việc bù trừ độ trôi nhiệt đòi hỏi phải hiệu chỉnh hệ số nhiệt độ trong ma trận biến đổi robot sang máy ảnh — xuất phát từ quá trình hiệu chuẩn ở nhiều nhiệt độ — hoặc cấu trúc lắp bằng hợp kim Invar cứng cho máy ảnh giúp giảm thiểu sự giãn nở nhiệt. Hầu hết các cơ sở sản xuất đều giải quyết vấn đề này một cách thực tế bằng cách mở rộng dung sai vị trí trong mẫu pallet để hấp thụ phạm vi trôi dạt, chấp nhận giảm một chút mật độ pallet để đổi lấy việc loại bỏ gánh nặng bảo trì hiệu chuẩn.

Kiến trúc an toàn trong các tế bào cánh tay robot xếp chồng thông minh: Vượt ra ngoài hàng rào an toàn

Cấu trúc an toàn truyền thống cho các ô rô-bốt công nghiệp dựa trên hàng rào chu vi vật lý với các cổng truy cập khóa liên động — một giải pháp hiệu quả nhưng tạo ra cản trở khi vận hành tại các cơ sở nơi người vận hành cần truy cập thường xuyên vào phạm vi làm việc của rô-bốt để xử lý kẹt cuộn, kiểm tra chất lượng pallet hoặc quản lý đuôi dây đai. Trong các hoạt động xếp pallet cáp thông lượng cao, việc gián đoạn hàng rào thường xuyên làm giảm đáng kể thời gian hoạt động hiệu quả của hệ thống vì mỗi lối vào cổng sẽ kích hoạt một điểm dừng an toàn hoàn toàn và yêu cầu trình tự khởi động lại có chủ ý trước khi tiếp tục sản xuất. Hiệu quả tích lũy trong một ca sản xuất có thể chiếm 5–10% tổng thời gian sẵn có, bù đắp một phần tiết kiệm lao động mà Cánh tay robot xếp chồng thông minh đã được lắp đặt để mang lại.

Việc lắp đặt Máy xếp Robot thông minh hiện đại ngày càng sử dụng các kiến ​​trúc an toàn hợp tác thay thế hoặc bổ sung hàng rào chu vi bằng máy quét khu vực, hệ thống quan sát được đánh giá an toàn và chế độ robot giới hạn lực. Máy quét khu vực — thiết bị an toàn dựa trên tia laser được gắn ở mức sàn — xác định các vùng an toàn có thể định cấu hình trong phạm vi làm việc của rô-bốt. Khi người vận hành đi vào khu vực xác định, rô-bốt sẽ giảm tốc độ xuống mức an toàn (thường là 250mm/s hoặc thấp hơn, theo ISO/TS 15066) thay vì dừng hoàn toàn, cho phép sự tồn tại hạn chế của con người và rô-bốt để kiểm tra và thực hiện các nhiệm vụ can thiệp nhỏ mà không cần tạm dừng sản xuất hoàn toàn. Dừng hoàn toàn vẫn được kích hoạt nếu người vận hành thâm nhập vào vùng loại trừ bên trong xung quanh khu vực chọn và đặt đang hoạt động.

• Dừng giám sát được xếp hạng an toàn (SRMS): Robot dừng và giữ vị trí khi người vận hành đi vào vùng được giám sát; quá trình sản xuất tự động tiếp tục khi người vận hành thoát ra — không cần khởi động lại thủ công, giảm thời gian ngừng hoạt động của sự kiện truy cập xuống còn thời gian vận chuyển qua vùng
• Giám sát tốc độ và tách biệt (SSM): Robot liên tục giảm tốc độ khi người vận hành đến gần, được tính toán theo thời gian thực từ phép đo khoảng cách của máy quét - khoảng cách tiếp cận gần nhất sẽ xác định liệu robot có giảm tốc độ xuống tốc độ chậm, giảm tốc độ hay dừng bảo vệ hay không
• Giới hạn công suất và lực (PFL): Có sẵn trên các nền tảng rô-bốt cộng tác, PFL giới hạn lực mà cánh tay rô-bốt có thể tác dụng khi tiếp xúc — phù hợp với các ứng dụng cuộn dây cáp có tải trọng thấp hơn trong đó trọng lượng cuộn dây nằm trong phạm vi tải trọng của rô-bốt cộng tác (thường lên tới 16kg đối với các nền tảng hợp tác hiện tại)
• Tích hợp PLC an toàn: Tất cả các chức năng an toàn — vùng quét khu vực, khóa liên động cổng, mạch dừng khẩn cấp và đầu vào an toàn robot — phải được quản lý thông qua PLC an toàn chuyên dụng (xếp hạng SIL 2 hoặc PLe) thay vì thông qua PLC máy tiêu chuẩn, đảm bảo rằng logic an toàn không thể vô tình bị sửa đổi trong quá trình thay đổi công thức hoặc chương trình

Được thành lập vào năm 2002 tại Thượng Hải và mở rộng thông qua việc thành lập Công ty TNHH Máy móc chính xác Giang Tô Yessjet tại Yixing vào năm 2017, Công ty TNHH Máy móc chính xác Yessjet Thượng Hải thiết kế kiến trúc an toàn Máy xếp hàng bằng rô-bốt tuân thủ các yêu cầu ISO 10218-2 và GB 11291.2 từ giai đoạn bố trí hệ thống ban đầu. Cấu hình vùng an toàn, phân tích tần suất truy cập và thiết kế quy trình khởi động lại được ghi lại trong quá trình kiểm tra nghiệm thu tại nhà máy và được xác nhận tại chỗ trong quá trình vận hành thử - đảm bảo rằng kiến ​​trúc an toàn được cài đặt phù hợp với quy trình làm việc thực tế của người vận hành tại cơ sở của khách hàng thay vì mẫu truy cập lý thuyết được giả định trong giai đoạn thiết kế.