Robotar och samarbetande robotar (cobotar) ligger i framkant när det gäller teknik för fabriksautomation. Digitala tvillingar och virtuell verklighet (VR) ligger i framkant när det gäller design- och utvecklingsverktyg. Tillsammans kan de användas för att skapa ett industriell metaversum som ger högre produktivitet snabbare, även för små och medelstora företag (SMF).
Konstruktörer på små och medelstora företag kan dra nytta av ett enkelt och intuitivt gränssnitt som kombinerar en digital tvilling, en väldetaljerad virtuell modell av ett fysiskt objekt som en delta-, linjär- eller fleraxlig robot, och en VR-miljö i 3D för att möjliggöra direkt utförande och kontroll av robotens rörelsesekvenser.
Med hjälp av dessa funktioner kan man finjustera och optimera automationssystemet även utan fysisk hårdvara och snabbt utforska flera olika lösningsmöjligheter.
Artikeln går först igenom skillnaden mellan en matematisk, databeskriven digital tvilling och en visuell digital tvilling (VR-tvilling) och hur båda behövs för att skapa det industriella metaversumet. Därefter presenteras ett robotstyrsystem och tillhörande programvara från Igus som kan användas för att simulera en robot i ett 3D-gränssnitt (visuell digital tvilling) utan att använda någon fysisk hårdvara, tillsammans med kompatibla delta-, linjär- och fleraxliga robotar som kan användas för att förverkliga den optimerade lösningen.
Digitala tvillingar och VR är kompletterande tekniker som använder olika visualiseringsformer, interaktioner och hårdvara. Digitala tvillingar är databaserade modeller av fysiska objekt, system eller processer. De är utformade för att kunna användas under hela livscykeln för det objekt som modelleras, från den första konstruktionen till avveckling och återvinning.
VR är en uppslukande, visuellt baserad teknik som också använder digitala modeller. I en VR-miljö är det möjligt att simulera relationer och interaktioner mellan objekt, till exempel en robot som utför en uppgift. Båda teknikerna kan användas för design och simulering, men digital tvillingteknik är inriktad på övergripande överväganden kring livscykeln, medan VR fokuserar på interaktioner mellan fysiska objekt.
Ett metaversum kombinerar digitala tvillingar och VR i en specialbyggd virtuell miljö med stöd för interaktioner i realtid mellan de digitala objekten och människorna. Det förknippas ofta med spel, men används i allt större utsträckning inom affärsverksamhet och industri.
Välkommen till iguverse
Igus har utvecklat metaversumet iguverse för att stödja tekniska interaktioner i industriella miljöer, vid exempelvis utveckling och driftsättning av robotsystem. Iguverse kan implementeras med hjälp av programvaran Igus Robot Control (iRC). Detta kostnadsfria och licensfria program gör det möjligt för användare att styra olika typer av robotar, inklusive deltarobotar, samarbetande robotar (robotarmar) och kranrobotar.
Det förser användaren med ett 3D-gränssnitt och över 100 exempelprogram. Systemkraven för att implementera iRC inkluderar en PC (minst en Intel i5-processor) med Windows 10 eller 11 (64-bitar) med 500 MB ledigt diskutrymme och Ethernet eller trådlös nätverksanslutning.
Programmets kärna är en digital 3D-tvilling av den robot som programmeras. Ett exempel på detta är en treaxlig linjär kranrobot som modell DLE-RG-0001-AC-500-500-100 med en arbetsyta på 500 x 500 x 100 mm eller ett tvåaxligt xy-ställdon som modell DLE-LG-0012-AC-800-500 med en arbetsyta på 800 x 500 mm (figur 1).
Konstruktörer kan definiera rörelser med några få musklick och använda 3D-modellen för att säkerställa att de rörelser som krävs är genomförbara, till och med innan roboten köps.
Förutom programmet iRC är robotstyrenheten en viktig del av utvecklingsmiljön iguverse. Modellen IRC-LG12-02000 är exempelvis avsedd för 48 V-motorer, har sju in- och utgångar samt en 10 m lång kabel för anslutning till roboten. IRC-styrenheterna innehåller motorstyrningsmoduler för bipolära stegmotorer i olika storlekar och finns som konfigurerbara eller förkonfigurerade.
Den har även flera gränssnitt för systemintegration, t.ex:
- PLC-gränssnitt för styrning via digitala in- och utgångar, särskilt för enkelt start och stopp av program via PLC eller tryckknapp
- Modbus TCP-gränssnitt för styrning via PLC eller PC
- Common Robotic Interface (CRI) Ethernet för styrning och konfiguration med hjälp av PLC eller PC
- ROS-gränssnitt (Robot Operating System) för styrning av roboten med hjälp av ROS
- Kameragränssnitt för objektdetektering
- Molngränssnitt för fjärrövervakning av robotens tillstånd
Kinematik stöds
En mängd olika kinematiker (grundläggande rörelser) som definierar robotens kontrollerade rörelser stöds i iguverse. Utöver den förkonfigurerade kinematiken kan upp till ytterligare tre kinematiskt oberoende axlar konfigureras i IRC. Förkonfigurerad kinematik inkluderar:
- Deltarobotar med två elle tre axlar
- Kranrobotar
- Två axlar (X- och Y-axel)
- Två axlar (X- och Z-axel)
- Tre axlar (X-, Y- och Z-axel)
- Robotarmar (samarbetande robotar),
- Tre axlar (axel 1, 2, 3)
- Tre axlar (axel 2, 3, 4)
- Fyra axlar (axel 1, 2, 3, 4)
- Fyra axlar (axel 2, 3, 4, 5)
- Fem axlar (axel 1 till 5)
- Sex axlar (axel 1 till 6)
- SCARA-robot med fyra axlar
Enkel programmering för billig automation
Igus robotar och IRC är utformade för att stödja automation till låg kostnad. Det skulle inte vara möjligt utan ett lättanvänt gränssnitt för programmering. En mus med tre knappar eller en spelkontroll kan förflytta och placera en robot i iguverse. Med programmet IRC kan en användare fritt flytta alla axlar på den digitala tvillingen i 3D-gränssnittet. En inlärningsfunktion stödjer utvecklingen av programvara för robotstyrning, även utan att en fysisk robot är ansluten.
För att implementera inlärningen flyttar användaren manuellt den virtuella roboten till önskad position och definierar hur den ska förflytta sig dit. Processen upprepas tills den kompletta rörelseprofilen har skapats. Verktygscentret i programmet IRC gör det möjligt för användare att enkelt lägga till matchande ändverktyg, som t.ex. gripdon, och justerar automatiskt verktygets mittpunkt på roboten. Dessutom kan en anslutning till ett industriellt styrsystem på högre nivå läggas till.
Processen börjar med att roboten aktiveras med hjälp av knapparna ”connect”, ”reset” och ”enable” i gränssnittet. Statuslampan på IRC ska lysa grönt och statusen ska indikera ”Inget fel”. Rörelseprofilen kan nu anges med hjälp av fliken ”Jogging”
Kranrobotar
Kranrobotar, som de som ingår i de föregående exemplen på iguverse, består av två grundläggande-X-axlar, en Y-axel och en valfri Z-axel. Y-axeln är kopplad till de två parallella X-axlarna och rör sig fram och tillbaka i det tvådimensionella rummet. Den valfria Z-axeln stöder en tredje dimension av rörelse.
Kranrobotar från Igus har självsmörjande plastfoder som glider och rullar mjukare och tystare än traditionella kullagerbaserade konstruktioner. Den nya konstruktionen är lättare, korrosionsbeständig och underhållsfri, vilket är viktiga egenskaper för små och medelstora företag. Robotarna är även viktiga för små och medelstora företag eftersom de kostar upp till 40 % mindre än traditionella kranrobotar, vilket ger en snabbare avkastning på investeringen (ROI).
Robotarna lämpar sig för två typer av tillämpningar: låg hastighet med hög belastning eller hög hastighet med låg belastning. Exempel på användningsområden är förpackning, plockning och placering, märkning, materialhantering och montering.De finns i en rad olika storlekar. Bland tillbehören finns kopplingar, ändverktyg och motorflänsar.
Exempel på medelstora kranrobotar är
- DLE-FG-0006-AC-650-650 är en tvådimensionell robot med en arbetsyta på 650 x 650 mm. Roboten kan hantera nyttolaster på upp till 8 kg och har en dynamisk hastighet på upp till 20 plockningar per minut.
- DLE-RG-0012-AC-800-800-500 är en tredimensionell robot med en arbetsyta på 800 x 500 mm. Roboten kan hantera nyttolaster på upp till 10 kg och har en dynamisk hastighet på upp till 20 plockningar per minut.
Kompetens inom palletering
Att palletera produkter för leverans är en daglig aktivitet inom tillverknings- och logistikverksamheter. Den senaste och största medlemmen i iguverse är den stora kranroboten XXL med ett arbetsutrymme på 2000 x 2000 x 1500 mm, som är väl lämpad för palleteringstillämpningar på upp till 10 kg. Kundanpassade konstruktioner med arbetsytor på upp till 6000 x 6000 x 1500 mm finns tillgängliga.
Dessa kranrobotar kan plocka delar som väger upp till 10 kg, transportera dem med en hastighet på upp till 500 mm/s och placera dem på en pall med en repeterbarhet på 0,8 mm (figur 3). Igus robotlösning för palletering kostar upp till 60 % mindre än jämförbara system.
Delta-robotar
Liksom kranrobotar kan delta-robotar fås med två eller tre axlar. Delta-robotar har ett kupolformat arbetsutrymme som är monterat ovanför arbetsytan. De har exceptionellt höga hastigheter och används ofta vid materialhantering och placering av delar.
Exempel på Igus delta-robotar är
- RBTX-IGUS-0047 är en konstruktion med tre axlar och en diameter på arbetsytan på 660 mm. Den har en noggrannhet på ±0,5 mm, en maximal nyttolast på 5 kg, en maximal hastighet på 0,7 m/s och kan utföra upp till 30 plockningar per minut. (figur 4).
- RBTX-IGUS-0059 är en konstruktion med två axlar och en diameter på arbetsytan på 700 mm. Den har även en noggrannhet på ±0,5 mm. Den har en noggrannhet på ±0,5 mm, en maximal nyttolast på 5 kg, en maximal hastighet på 2 m/s och kan utföra upp till 50 plockningar per minut.
Samarbetande robotar med ledad arm
Iguverse har även stöd för samarbetande robotar med ledad arm. Samarbetande robotar kan ha från två till 10 eller fler axlar, även kallade frihetsgrader (DOF). De har i allmänhet stora arbetsytor och kan utföra komplexa uppgifter i samarbete med en person. Igus modell REBEL-6DOF-02 har 6 DOF och modell REBEL-4DOF-02 har 4 DOF. Båda har en noggrannhet på ±1 mm, ett nominellt arbetsområde på 400 mm och kan utföra minst 7 plockningar per minut med en linjär hastighet på 200 mm/s.
Modellen med 6 DOF har en maximal nyttolast på 2 kg och en maximal räckvidd på 664 mm. Modellen med 4 DOF har en maximal nyttolast på 3 kg och en maximal räckvidd på 495 mm (figur 5).
Sammanfattning
Det uppslukande industriella metaversumet iguverse kombinerar digitala tvillingar och VR för att tillhandahålla verktyg som möjliggör snabb utveckling och driftsättning av robotlösningar. Det är gratis, licensfritt och utformat för att köras lokalt på en PC utan molnanslutning. Det kan användas för att utveckla och testa robotlösningar utan att en robot är närvarande.
Det har stöd för ett stort utbud av kinematik i deltarobotar, kranrobotar, robotarmar (samarbetande robotar) och SCARA-robotar. IRC har en rad olika gränssnitt för att stödja automatisering och driftbehov, bland annat PLC-gränssnitt, Modbus TCP/IP, CRI Ethernet, ROS-gränssnitt, ett kameragränssnitt för objektdetektering och ett molngränssnitt. iguverse, iRC och relaterade robotar från Igus har optimerats för att stödja behovet av automation till låg kostnad i små och medelstora företag.
Text: Jeff Shepard
