Общая тенденция развития современного станкостроения сводится к созданию более гибких, легко переналаживаемых станков. На первый план выходят такие показатели, как высокая производительность и высокая точность. С внедрением робототехники в современное производство, машиностроители получили новую интересную задачу, когда робот и машина должны научиться работать в паре как единый организм. При этом робот часто играет вспомогательную роль, например, отсортировывает бракованную продукцию на высокой скорости. В таких высокоточных операциях движения станка и движения робота должны быть четко синхронизированы. Для этого им необходимо непрерывно обмениваться данными, иначе результат работы разочарует конечного пользователя.
Однако не так-то просто объединить робота и машину для решения высокоскоростных задач. Традиционно станки и роботы имеют отдельные системы управления со своими контроллерами и собственным шкафом управления. Проектирование, диагностика и техническое обслуживание выполняются с использованием узкоспециализированных программных и аппаратных инструментов. А для работы с конкретным языком робототехники обычно приходится дополнительно привлекать отдельного программиста. Связь между роботом и машиной как правило реализуется через внешний интерфейс или дискретными сигналами через устройства ввода/вывода. Такой способ не позволяет достичь нужной точности при динамических характеристиках современных высокопроизводительных систем.
Чтобы преодолеть барьеры, существующие при традиционном способе интеграции, необходимо добиться полного отсутствия внешних интерфейсов между роботом и машиной. Такой подход является основой концепции машинно-ориентированной робототехники (Machine-Centric Robotics) от компании B&R. Данное решение позволяет осуществить интеграцию машины и робота еще на этапе ее разработки под единой системой управления. Объединив контроллер робота с контроллером машины, специалисты B&R получили возможность управлять всеми процессами с одного промышленного компьютера. Это помогает достичь высокой степени синхронизации выполнения роботизированных операций параллельно с операциями станка или конвейера.
Решение Machine-Centric Robotics (MCR) от компании B&R подразумевает возможность полной синхронизации перемещений робота с другими узлами машины, такими как приводы, транспортные конвейерные системы и системы технического зрения. При этом цикл синхронизации может составлять всего 400 микросекунд, а допуск на синхронизацию, так называемое «дрожание» синхронизации не будет превышать 1 микросекунды. Это позволят решать задачи, нетривиальные с точки зрения классического подхода к интеграции робота и машины. Например, если станок имеет стол для заготовок, то робот может использовать дополнительные степени свободы этого стола при многокоординатной обработке деталей. Также благодаря точной синхронизации приводов стало возможным выполнение разных технологических операций в процессе совместных перемещений высокоскоростной конвейерной системы и робота. При использовании системы технического зрения, при отсутствии каких-либо ограничений синхронизации между датчиками и кинематикой робота, можно решать сверхскоростные задачи, такие как отбраковка деталей и удаление их с конвейерной ленты «налету», то есть без замедления или остановки конвейера.
Специалисты B&R реализовали решение MCR совместно с компанией ABB, включив роботов ABB в свой портфель средств автоматизации. Для сопряжения моторов роботов ABB с сервоприводами B&R был разработан специальный энкодерный преобразователь. Компания ABB определила линейку своих роботов для использования в системах MCR. Эти роботы поставляются без собственной системы управления, но с кабелями для подключения моторов и датчиков к сервопреобразователям B&R. Предусмотрена возможность использования воздушной магистрали и электрического кабеля, которые прокладываются внутри робота для соединения схвата и других монтируемых устройств с управляющим контроллером B&R. MCR решение от B&R ориентировано на использование не только более 40 моделей роботов ABB, но также на интеграцию с механикой и моторами роботов Comau, Codian Robotics, а также может быть использовано с любыми роботами, не имеющими собственной системы управления. MCR от B&R позволяет легко создавать системы управления роботов с нестандартной кинематикой, в том числе использующих связки осей master-slave, и при этом реализовывать динамическую коррекцию траекторий движения.
Говоря о достоинствах единой интегрированной среды от B&R, стоит отметить ряд преимуществ, получаемых как на этапе разработки, так и на этапе эксплуатации оборудования. На этапе проектирования машины единая среда разработки позволяет моделировать и оптимизировать всю последовательность перемещений рабочих органов машины, в том числе выполняемые роботами, еще до того, как будет построен прототип. С помощью цифрового двойника можно осуществить виртуальный ввод в эксплуатацию всей машины вместе с роботом. Роботы программируются в универсальной инженерной среде B&R, как и все прочие компоненты системы автоматизации. Полный набор функций для роботов программируется с помощью компонентов mapp robotics, которые представляют собой библиотеки готовых мехатронных и производственных решений. Это существенно упрощает программирование и дает возможность запустить и провести предварительное тестирование робота за 1-2 часа.
На этапе эксплуатации в первую очередь упрощается рутинная работа оператора машины и обслуживающего персонала. Вместо двух отдельных интерфейсов для управления машиной и роботом мы имеем единый интерфейс, реализованный на одном пульте с монитором. Вместо двух шкафов управления мы получаем один, за счет чего ощутимо сокращается площадь, занимаемая оборудованием в цеху. Дополнительные универсальные интеллектуальные возможности, которые достаются роботу от системы управления B&R, позволяют в том числе отслеживать износ деталей и добавлять периодическое техническое обслуживание к общему списку работ, которые робот может выполнять без какого-либо вмешательства оператора. Такой подход помогает увеличить время безотказной работы оборудования и сократить риски незапланированных простоев.
Machine-Centric Robotics обеспечивает высочайший уровень гибкости и точности современных высокопроизводительных машин. Стоимость применения решения с роботом, как части машины, обойдется производителю дешевле, чем применение классического «внешнего» робота за счет экономии от использования единой для машины и робота системы управления. Гибкость и открытость программно-аппаратной базы, предлагаемой B&R для построения системы управления, позволяет гораздо проще реализовать нестандартный для классических роботов функционал, в том числе и быть единственно возможным решением для производства уникального технологического оборудования.
