Fraunhofer制造工程和自動(dòng)化研究所(IPA)研發(fā)的“pitasc”軟件工具允許通過單獨(dú)的程序模塊對(duì)機(jī)器人進(jìn)行帶力調(diào)節(jié)的編程。該研究所和萬可的一個(gè)聯(lián)合研究項(xiàng)目證明了DIN導(dǎo)軌自動(dòng)安裝應(yīng)用的可能性。
一個(gè)輕量級(jí)的機(jī)器人用它的雙指抓手拿起一個(gè)塑料部件，將其引導(dǎo)到要連接的部件上，并能使用帶有力調(diào)節(jié)的傾斜運(yùn)動(dòng)將其牢牢卡住。如果安裝應(yīng)用需要重新配置，就不需要對(duì)機(jī)芯重新編程。編程是針對(duì)工件的，力的調(diào)節(jié)允許對(duì)部件和位置的公差進(jìn)行智能補(bǔ)償。
Fraunhofer IPA研究所多年來一直致力于研究完全或部分自動(dòng)化裝配解決方案。眾所周知，這一安裝程序在很大程度上仍然是由手工完成的。2020年，在全球售出的所有機(jī)器人中，只有十分之一的機(jī)器人從事裝配工作。諸如小批量型號(hào)和眾多的單獨(dú)工序等挑戰(zhàn)往往使得實(shí)施具有成本效益的裝配自動(dòng)化更加困難。
優(yōu)勢(shì)一覽
1、創(chuàng)新性：自動(dòng)化DIN導(dǎo)軌安裝應(yīng)用
2、優(yōu)越性：TOPJOB S軌裝式接線端子用于自動(dòng)化控制柜組件更換
3、簡(jiǎn)便性：完全替代手工操作、節(jié)約時(shí)間
4、通用性：憑借種類豐富的接線端子，機(jī)器人可以結(jié)構(gòu)化的方式進(jìn)行裝配
該解決方案是完全自動(dòng)化嗎?
許多控制柜生產(chǎn)商都面臨著相似的挑戰(zhàn)，作為控制柜制造領(lǐng)域的解決方案合作伙伴，萬可擁有熟悉這些問題的專家。例如，采用導(dǎo)軌、部件和電線組裝控制柜，這個(gè)過程涉及許多手工步驟。這些過程往往耗時(shí)、昂貴，并且容易出錯(cuò)。
在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的控制柜中，僅控制技術(shù)就需要500個(gè)連接，這包括各種顏色、橫截面和組件的電纜。為了優(yōu)化現(xiàn)有流程，完全自動(dòng)化并不總是滿足每個(gè)要求的理想解決方案。這需要多種考慮因素。
盡管自動(dòng)化提供了清晰的流程，并為熟練的裝配工減少了工作量，但它的成本較高，并且只在大批量時(shí)才有效。此外，專門的裝配機(jī)器并不能一直滿足具體要求。然而，正如萬可從經(jīng)驗(yàn)中了解到的那樣，為了將部分工作量從熟練的裝配工手中轉(zhuǎn)移出來，簡(jiǎn)化或數(shù)字化流程往往就可以。
如果仍然需要自動(dòng)化，采用標(biāo)準(zhǔn)的、市場(chǎng)上買到的機(jī)械臂便為一種解決方案。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人手臂的優(yōu)勢(shì)顯而易見：它們的價(jià)格相對(duì)較低，可以靈活使用和擴(kuò)展。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人可以將組件安裝到DIN導(dǎo)軌上嗎?我的回答是：“可以。甚至可以用于設(shè)計(jì)復(fù)雜的接線端子?！比f可控制柜組件產(chǎn)品管理團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Michael Drbaum說道。
為了確定這種標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器人硬件和復(fù)雜的軟件能夠在多大程度上實(shí)現(xiàn)軌裝接線端子的自動(dòng)安裝，萬可和Fraunhofer IPA在一個(gè)聯(lián)合項(xiàng)目中建立了一個(gè)DIN導(dǎo)軌安裝測(cè)試場(chǎng)景。其目的是通過機(jī)器人將各種萬可TOPJOB S軌裝接線端子通過卡入式安裝方式安裝到DIN導(dǎo)軌上。
我們使用了各種尺寸的TOPJOB S軌裝接線端子(標(biāo)稱截面從1mm2到16mm2)進(jìn)行測(cè)試，其中包括涉及復(fù)雜的多層接線端子或建筑安裝用接線端子等。他們還測(cè)試了帶有導(dǎo)電的DIN導(dǎo)軌觸點(diǎn)的接線端子安裝。
對(duì)于這些接線端子，PE腳使得卡入式安裝變得有些困難。測(cè)試的另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是所安裝的接線端子的接線密度，因?yàn)樽詣?dòng)裝配需要達(dá)到與手工裝配相同的密度，以便隨后進(jìn)行標(biāo)記，例如使用萬可連續(xù)標(biāo)記條。
在一個(gè)聯(lián)合研究項(xiàng)目中，萬可和Fraunhofer IPA對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器人硬件進(jìn)行了測(cè)試，以探討其是否適合用于軌裝式接線端子的卡入式安裝。
裝配任務(wù)的結(jié)構(gòu)化編程/模塊化系統(tǒng)軟件
這種裝配任務(wù)由于接線端子的多樣性和苛刻的插接過程而帶來挑戰(zhàn)，為此Fraunhofer IPA為這種類型的裝配任務(wù)提供了“pitasc”軟件。它允許對(duì)裝配應(yīng)用程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)化編程。它可用于為每項(xiàng)應(yīng)用建立一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)。
Fraunhofer IPA的研究員、Pitasc的開發(fā)者之一Lorenz Halt說：“通過我們的軟件，一旦任務(wù)被建模，它們就可以快速轉(zhuǎn)移到新的產(chǎn)品型號(hào)上。在這種情況下是指接線端子轉(zhuǎn)移到新產(chǎn)品上，甚至轉(zhuǎn)移到其他制造商的機(jī)器人上。該軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，包含許多可直接使用的、可重復(fù)使用的程序模塊，允許有針對(duì)性地進(jìn)行組合、參數(shù)化和使用，以建立一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)。”
Pitasc還使用傳感器進(jìn)行主動(dòng)過程控制調(diào)節(jié)。在萬可測(cè)試中，我們使用了一個(gè)已經(jīng)集成了力傳感器UR10e機(jī)器人?！斑@使機(jī)器人系統(tǒng)能夠補(bǔ)償部件和位置公差，避免施加過度的力，”Halt解釋說，“這樣便可保護(hù)敏感部件。”
由于過程是從工件的角度進(jìn)行編程的，一旦程序創(chuàng)建，就可以很容易地適應(yīng)各種產(chǎn)品型號(hào)，只需要修改某些參數(shù)，如過程力和抓取位置即可。最后但同樣重要的是，該軟件獨(dú)立于特定的機(jī)器人制造商。
使用機(jī)器人進(jìn)行安裝的成功案例
通過萬可軌裝式接線端子進(jìn)行裝配測(cè)試取得成功。借助pitasc軟件，該機(jī)器人成功將所有接線端子進(jìn)行了安裝。項(xiàng)目合作伙伴能夠通過程序參數(shù)輕松地使軟件適應(yīng)不同的接線端子型號(hào)，包括設(shè)計(jì)復(fù)雜的接線端子，如雙層或接地接線端子。無需耗時(shí)進(jìn)行重新編程。此外，即使是接地接線端子，也可以通過讓機(jī)器人在力的調(diào)節(jié)下進(jìn)行安裝，從而實(shí)現(xiàn)高布線密度。
這些測(cè)試結(jié)果表明，只要使用的軟件能夠戰(zhàn)勝應(yīng)用挑戰(zhàn)，用機(jī)器人和接線端子進(jìn)行DIN導(dǎo)軌的裝配自動(dòng)化即可輕松實(shí)現(xiàn)?！拔覀兣c客戶的經(jīng)驗(yàn)表明，在實(shí)現(xiàn)控制柜制造自動(dòng)化時(shí)，必須考慮到許多具體要求。結(jié)果表明，如果可以使用標(biāo)準(zhǔn)硬件，即可實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案?！盌rbaum解釋說。
這種解決方案的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用的投資成本可控，同時(shí)具有靈活性。該軟件還可以幫助管理大量的產(chǎn)品型號(hào)。然而，這種應(yīng)用的工業(yè)化應(yīng)用仍然需要進(jìn)一步的開發(fā)，因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)表明，在不同的組件的數(shù)量、吞吐量時(shí)間和不同的工藝步驟的集成方面，控制柜制造商的要求有很大的不同。
這說明：沒有一種標(biāo)準(zhǔn)方法可以實(shí)現(xiàn)控制柜安裝自動(dòng)化。在這里展示的“標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人安裝接線端子”的方法基礎(chǔ)上，還有許多問題需要解決。例如，是否有可能直接在小型配電板內(nèi)放置元件，然后進(jìn)行布線?供應(yīng)接線端子的最佳方法是什么?“基于這些測(cè)試的成功，用IPA軟件在DIN導(dǎo)軌上進(jìn)行機(jī)器人安裝是在這個(gè)工業(yè)研究領(lǐng)域進(jìn)一步合作的良好起點(diǎn)，也是在生產(chǎn)使用方向上的進(jìn)一步發(fā)展。”Drbaum介紹道。