發布日期：2022-04-26 點擊率：74
以用于農業液壓機的螺旋葉片為例，過去生產螺旋葉片的方法需要使用到許多相對比較笨重的工具。
由于模具的大小不同，僅設置就需要長達1h。“這種制造過程自工業革命以來就一直都是如此。”Robohelix 創始人兼首席執行官Hayel Smair表示。他們公司設定的目標是將批量生產所需的時間從幾小時縮短到幾分鐘。
圖1 與傳統工藝相比，機器人系統可以更快、更安全、更高效地制造大量不同的螺旋葉片
擁有豐富的機器人技術知識的Smair解釋說：“我們注意到，當扁平圓盤形成螺旋葉片時，運動過程是精準的。使用機器人系統可模仿這些運動過程。”
經過評估階段后，公司選擇用Beckhoff 的驅動技術來實現新生產系統的伺服軸。
負責Robohelix機器的電氣設計、集成和編程的Budhaditya Majumdar博士解釋說：“市場上只有少數廠商可以為我們提供既精準、強大又經濟的伺服電機。這就是我們與Beckhoff建立業務關系的起點。我們之間的業務不僅包括運動控制和機器安全，還包括HMI。”
圖2 使用Robohelix RX250制造的螺旋葉片
IPC讓不同種類產品的生產變得輕松
Robohelix系列包括多個類型，這就是為什么簡易的PLC程序端口是企業批量生產不可或缺的先決條件。Majumdar解釋道：“我們絕對不希望每次更改齒輪比或斜度的機電設計時都必須調整程序。借助TwinCAT和基于PC的控制結構，我們可以更改驅動器、電機和機電參數，而無需修改 PLC代碼。”
Robohelix的機器配備了帶有四核處理器的嵌入式 PC CX5140。其程序的執行基于表格，而表格則是基于使用螺旋的材料特性計算出來的。
“我們之前的硬件已經達到極限，表格計算需要30s。 在CX5140中，只有一個內核被分配給PLC程序，但它仍然可以在零點幾秒內完成這項任務。另一個內核可用于運動控制，其余處理器內核用于操作系統、TwinCAT運行時間和TwinCAT HMI服務器。”Majumdar解釋道。
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圖3 Budhaditya Majumdar博士正在演示如何使用多點觸控控制面板CP3916操作機器
用于快速生產的動態驅動技術
RX250屬于第二代Robohelix，它需要25000??kg的線性力。Smair解釋說：“我們一直在尋找高效、快速、基于伺服的精準設計。傳統的基于液壓的系統很笨重且無法精準控制。”
由于機器內部共有8個NC軸，現在Beckhoff驅動器和電機采用單電纜技術（OCT）減少了電纜數量，從而縮短了組裝所需的時間。Majumdar 說：“在以前的機器中，運動控制是由脈沖控制的。每個電機驅動器都有4個用于運動的差分對和4個用于將編碼器反饋到PLC的差分對，需要很長時間才能正確連接所有電機。另一方面，采用OCT時，使用AX5000伺服放大器和AM8000伺服電機只需單擊一下即可。”AS2023步進電機與EL7041步進電機端子結合使用還可實現低扭矩。
Robohelix機器需要非常精準的同步運動控制。用戶生成的數據通過基于云的軟件Helixninja加載到設備中，這些數據被進一步處理生成3D坐標，從而模擬將扁平圓盤形成螺旋葉片的過程。在制造螺旋葉片時，電機同步遵循這些坐標。Majumdar解釋說：“對比以前的機器，同步運動的代價是犧牲性能和靈活性。借助TwinCAT NC Camming（TF5050）的凸輪盤功能，現在可以隨時隨地進行相對的同步運動。只要校準了電機和驅動器，尺寸和公差就不是問題了。”
圖4 Robohelix RX250形成螺旋鋸片
機器集成的安全性
Smair說：“這臺機器的設計使得操作員可以有選擇地從左側或右側將圓形毛坯作為工件插入和取出螺旋葉片。根據螺旋葉片順時針或逆時針的旋轉方向，能夠更容易地更換設備端。由于CP3916多點觸控控制面板安裝在
旋轉臂上，因此操作員可以隨時使用此面板。”據 Majumdar 稱，它同樣適用于直接連接到面板底部邊緣帶有緊急停止按鈕的按鈕擴展，這樣操作員可以隨時安全地觸及。
Robohelix機器的用戶界面基于TwinCAT HMI。嵌入式PC CX5140主管TwinCAT HMI服務器，與CP3916控制面板相連。瀏覽器在該控制面板上以信息亭模式運行。Majumdar解釋說：“以前，使用自身具有計算能力的 HMI時，必須對其進行額外編程。使用純被動面板則減少了工作量。此外，還可以根據需要通過手機瀏覽器或聯網PC使用用戶界面。”
圖5 帶有EtherCAT和Twinsafe終端的嵌入式PC CX5140集成了所有功能，從輸入和輸出到功能安全性和步進電機控制
機器自動化時，安全是重中之重。借助集成安全解決方案Twinsafe，Robohelix能夠減少為此所需的布線。Majumdar確認：“來自傳感器的安全觸發器和緊急停止按鈕能夠停止驅動器。無需采用硬連線安全解決方案。”
在操作的其中一個階段，可能會發生操作員必須在電機仍處于激活和運行狀態時打開門的情況。具有安全停止功能SOS（安全操作停止）的AX5805 Twinsafe選件卡可以為此提供必要的安全性。
據Majumdar稱，在以前的機器中實施此項安全功能很困難，并因速度監控造成了承重的額外財務支出。此外，Majumdar還看到了Beckhoff技術的另一個優勢。
Majumdar表示：“無論是PLC、驅動器、HMI 還是安全性，都可以通過TwinCAT進行編程。這一切都在一個通用的平臺上運行。“
