如何简化包装中的机器人

选择开放的控制平台，使各种机器人更容易编程和运行，并考虑其他系统是否在某些应用中更有意义。

马克Ruberg包装行业经理

2021年9月6日

多年来，机器人为包装行业提供了重要的进步。技术也在不断成熟。与像协作机器人这样的创新(协作机器人)、自主移动机器人(amr)以及与视觉系统的实时协调，机器人的使用只会继续在整个工厂中扩展——从上游加工到各级包装，再到生产线末端和内部物流操作。所有类型的机器人都是为工业4.0和大批量生产设计和制造机器的重要工具。但在实践中，它们仍存在一些挑战。Mark Ruberg, Beckhoff Automation LLC包装行业经理

当我与该领域的工程师交谈时，两个关键的症结不断出现:缺乏真正的通信、编程等开放标准，以及占用空间和适应性方面的限制。机器人供应商努力使自己与众不同，虽然这些决定可能有利于性能，但它们可能对互操作性产生巨大影响。除此之外，机器人通常是系统中最灵活的部分;它们比传统的机械部件更能适应工艺。

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然而，即使没有传统的安全围栏或围栏，协作机器人也会占用大量的地板空间，并且在适应设计工程师一开始没有想象到的情况方面有严格的限制。

如何克服这些障碍，充分利用机器人技术?让我们看看这些问题的根本原因，以及哪些解决方案可以帮助简化控制和功能。对于用于冷冻披萨堆叠的M3000外壳包装机，Brenton选择使用机电一体化来取代大量传统的机械部件，这比添加机器人更有效和更有活力。Beckhoff自动化

标准化巩固、开放和灵活性

开放机器人标准确实存在。例如，PLCopen运动控制第4部分在其定义中包含了运动学，这是PLC供应商提供基于IEC 61131-3编程的通用标准。机器人标准的问题不在于标准本身，而在于自动化供应商。实际上，每个商用机器人都需要不同的控制平台和不同的编程方法。控制器通常是独立的“黑匣子”。在软件方面，供应商经常关闭机器人运动的运动学公式和接口，只是为了让机器制造商锁定在一个单一的解决方案。

这种方法不仅需要更多的硬件和更大的占地面积，而且还会造成机器人控制器与主PLC和外围现场设备之间的通信延迟。因此，您必须决定是否降低吞吐量或质量——或者面临安装更多机器人来弥补差异的额外费用。此外，工程师和维护人员必须学习用于编程的其他软件，并为另一个系统提供定期更新，用于远程故障排除和性能统计的连接较少。对于几乎所有的机器人应用来说，缺乏开放性是一个真正的困境，但有一些方法可以解决这个问题。

首先，探索开放控制的选项。虽然有些供应商喜欢将您锁在他们的围墙花园中，但实际上每台机器都需要混合组件和通信协议。也许你首选的合作机器人供应商不同于你首选的delta或SCARA机器人供应商，它们都不同于你的机器视觉、HMI、PLC、安全、物联网、机器学习等方面的供应商。当将这些现有系统整合到棕地应用中时，开放式控制平台提供了优势，但更重要的是，它们提供了将单个软件上的控制与一块控制硬件结合起来的机会。

倍福的TwinCAT 3自动化软件例如，为上述所有功能提供了全面的工程和运行时环境，包括机器人编程和控制。所有功能的工程设计，包括机器人运动学，都在熟悉的Visual Studio环境中进行。通过倍福的可扩展工业PC (IPC)硬件，从微控制器到40核工业服务器，工程师可以选择合适的控制器来适应他们的应用，各个核心可以专用于特定的任务。例如，一个多核CPU可能在核心0上运行PLC，在核心1上运行HMI，在核心2上运行机器人，等等。此外，EtherCAT工业以太网系统的实时通信和高同步性使其成为高度协调运动的理想选择。EtherCAT还可以与您在现场遇到的几乎任何其他工业以太网系统、现场总线和协议的简单网关建立连接，以实现真正的开放性。

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机器人制造商已经注意到了这些好处，并在不同程度上进行了调整。例如，对于KUKA和Stäubli的独立解决方案，EtherCAT是首选的总线系统，TwinCAT中的本机编程和集成可以通过KUKA轻松实现。PLC mxAutomation和Stäubli UniVAL。

Denso Wave采取了不同的方法:该公司将其新的RC9控制系统标准化在倍福和EtherCAT上。交钥匙硬件解决方案使用EJ系列I/O终端，插入定制PCB板和超紧凑的C6030 IPC，使用TwinCAT控制新系统，现有的基于beckhoff的系统使用EtherCAT和各种IPC也可以作为Denso机器人控制器。对于拾取和放置产品，像Autonox这样的供应商考虑高度动态和精确的伺服电机和倍福的伺服驱动技术和控制组件一样有价值。除了TwinCAT中的直观编程，倍福还提供伺服系统，为拾取和放置机器人提供精确的运动。Beckhoff自动化

一个真正开放的自动化平台应该简化编程、调试和在一台机器上运行来自多个供应商的机器人。例如，对于机器制造商oem和主要的CPG制造商来说，这意味着每次部署新的生产线末端时都不需要重新发明轮子。然而，它也导致了在占地面积、产品质量和与其他系统(如机电运输系统)同步方面的优化。这就是在灵活性方面获得更多好处的地方。

增加适应性制造，减少足迹

与大多数行业一样，包装行业的占地面积非常昂贵，定制化非常猖獗。运营通常必须在不增加面积的情况下增加容量，这意味着自动化必须更加集中在每台机器上。协作机器人正在提供帮助;由于它们可以与操作员互动，因此它们被认为是安全的，不需要大笼子或围栏。然而，在许多情况下，机器人占用额外的空间来完成任务的效率低于其他系统。由于工业4.0的最终目标是使用支持工业物联网的技术进行大规模定制，因此确定哪些流程对机器人最有意义，哪些流程可以从其他方面受益非常重要，例如在许多情况下提供更快、更动态的材料处理的机电运输系统，并增加个性化的可能性。

倍福的扩展运输系统(XTS)，可以实现即时转换，更大的灵活性，并减少高达50%的机器占地面积。完全集成的电机模块包含所有的电力电子，和搬家可以单独或组操作。虽然机器人通常一次处理一个产品，但XTS本质上使工程师能够将较慢的处理站增加两倍或三倍，同时允许产品一次通过一个较快的处理站。将工具添加到移动设备上，允许XTS系统直接在线性运输系统上执行运动学。例如，可以用固定的激光头将自定义标签、信息甚至过期日期直接打印在包装上，或者可以在包装上的特定位置应用粘合剂。搬运工还可以一起工作来搬运更大的有效载荷，我们在最近的Brenton M-3000箱包装机中看到了冷冻披萨的堆叠。

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对机器人来说，把产品送到正确的路径上也是一项重要的任务，无论是定制、检查、返工还是丢弃废品。XTS的轨迹管理功能允许搬运工在轨迹之间切换，根据机器控制器的实时反馈将单个产品带到需要去的地方。Beckhoff的XPlanar系统然而，它把这个问题提升到了一个新的高度。

XPlanar自适应运输系统采用飞行运动和可自由安排的电机瓦和被动移动装置，将产品仅发送到必要的站点，绕过其他站点。该系统包括自动防撞、路径规划、防晃动、360度旋转等。所有这些都支持在工具周围移动部件的趋势，而不是用机器人在部件周围移动工具。当然，在某些情况下，也许你需要同时移动两者，但这正是机电一体化与机器人高度同步的能力真正发挥作用的地方。虽然机器人在进料和出料时仍然有用，但当XPlanar搬运工握住产品时，许多其他功能可以得到补充。

此外，XTS和XPlanar地图移动器作为单独的伺服轴，因此扫描仪不需要在每个站，以确保完全的可追溯性。并且两者都支持冲洗环境，通过能够覆盖XPlanar的任何表面，如不锈钢，玻璃，塑料等，以及由不锈钢制成的ip69k级XTS卫生。这使得这两个系统非常适合包装、制药和食品加工的真正批量生产，以及机器人无法实现的其他行业应用。

EtherCAT为同步机器人与机电一体化(如XTS)提供了最佳现场总线，在某些情况下可以取代机器人的功能。Beckhoff自动化