以用于農(nóng)業(yè)液壓機(jī)的螺旋葉片為例，過去生產(chǎn)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(shè)置就需要長達(dá)1h。“這種制造過程自工業(yè)革命以來就一直都是如此。”Robohelix 創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Hayel Smair表示。他們公司設(shè)定的目標(biāo)是將批量生產(chǎn)所需的時(shí)間從幾小時(shí)縮短到幾分鐘。

圖1 與傳統(tǒng)工藝相比，機(jī)器人系統(tǒng)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(jī)器人技術(shù)知識的Smair解釋說：“我們注意到，當(dāng)扁平圓盤形成螺旋葉片時(shí)，運(yùn)動過程是精準(zhǔn)的。使用機(jī)器人系統(tǒng)可模仿這些運(yùn)動過程。”

經(jīng)過評估階段后，公司選擇用Beckhoff 的驅(qū)動技術(shù)來實(shí)現(xiàn)新生產(chǎn)系統(tǒng)的伺服軸。

負(fù)責(zé)Robohelix機(jī)器的電氣設(shè)計(jì)、集成和編程的Budhaditya Majumdar博士解釋說：“市場上只有少數(shù)廠商可以為我們提供既精準(zhǔn)、強(qiáng)大又經(jīng)濟(jì)的伺服電機(jī)。這就是我們與Beckhoff建立業(yè)務(wù)關(guān)系的起點(diǎn)。我們之間的業(yè)務(wù)不僅包括運(yùn)動控制和機(jī)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(chǎn)品的生產(chǎn)變得輕松

Robohelix系列包括多個(gè)類型，這就是為什么簡易的PLC程序端口是企業(yè)批量生產(chǎn)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(jī)電設(shè)計(jì)時(shí)都必須調(diào)整程序。借助TwinCAT和基于PC的控制結(jié)構(gòu)，我們可以更改驅(qū)動器、電機(jī)和機(jī)電參數(shù)，而無需修改 PLC代碼。”

Robohelix的機(jī)器配備了帶有四核處理器的嵌入式 PC CX5140。其程序的執(zhí)行基于表格，而表格則是基于使用螺旋的材料特性計(jì)算出來的。

“我們之前的硬件已經(jīng)達(dá)到極限，表格計(jì)算需要30s。 在CX5140中，只有一個(gè)內(nèi)核被分配給PLC程序，但它仍然可以在零點(diǎn)幾秒內(nèi)完成這項(xiàng)任務(wù)。另一個(gè)內(nèi)核可用于運(yùn)動控制，其余處理器內(nèi)核用于操作系統(tǒng)、TwinCAT運(yùn)行時(shí)間和TwinCAT HMI服務(wù)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(diǎn)觸控控制面板CP3916操作機(jī)器

用于快速生產(chǎn)的動態(tài)驅(qū)動技術(shù)

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(zhǔn)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的基于液壓的系統(tǒng)很笨重且無法精準(zhǔn)控制。”

由于機(jī)器內(nèi)部共有8個(gè)NC軸，現(xiàn)在Beckhoff驅(qū)動器和電機(jī)采用單電纜技術(shù)（OCT）減少了電纜數(shù)量，從而縮短了組裝所需的時(shí)間。Majumdar 說：“在以前的機(jī)器中，運(yùn)動控制是由脈沖控制的。每個(gè)電機(jī)驅(qū)動器都有4個(gè)用于運(yùn)動的差分對和4個(gè)用于將編碼器反饋到PLC的差分對，需要很長時(shí)間才能正確連接所有電機(jī)。另一方面，采用OCT時(shí)，使用AX5000伺服放大器和AM8000伺服電機(jī)只需單擊一下即可。”AS2023步進(jìn)電機(jī)與EL7041步進(jìn)電機(jī)端子結(jié)合使用還可實(shí)現(xiàn)低扭矩。

Robohelix機(jī)器需要非常精準(zhǔn)的同步運(yùn)動控制。用戶生成的數(shù)據(jù)通過基于云的軟件Helixninja加載到設(shè)備中，這些數(shù)據(jù)被進(jìn)一步處理生成3D坐標(biāo)，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(shí)，電機(jī)同步遵循這些坐標(biāo)。Majumdar解釋說：“對比以前的機(jī)器，同步運(yùn)動的代價(jià)是犧牲性能和靈活性。借助TwinCAT NC Camming（TF5050）的凸輪盤功能，現(xiàn)在可以隨時(shí)隨地進(jìn)行相對的同步運(yùn)動。只要校準(zhǔn)了電機(jī)和驅(qū)動器，尺寸和公差就不是問題了。”

圖4 Robohelix RX250形成螺旋鋸片

機(jī)器集成的安全性

Smair說：“這臺機(jī)器的設(shè)計(jì)使得操作員可以有選擇地從左側(cè)或右側(cè)將圓形毛坯作為工件插入和取出螺旋葉片。根據(jù)螺旋葉片順時(shí)針或逆時(shí)針的旋轉(zhuǎn)方向，能夠更容易地更換設(shè)備端。由于CP3916多點(diǎn)觸控控制面板安裝在

旋轉(zhuǎn)臂上，因此操作員可以隨時(shí)使用此面板。”據(jù) 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(kuò)展，這樣操作員可以隨時(shí)安全地觸及。

Robohelix機(jī)器的用戶界面基于TwinCAT HMI。嵌入式PC CX5140主管TwinCAT HMI服務(wù)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(yùn)行。Majumdar解釋說：“以前，使用自身具有計(jì)算能力的 HMI時(shí)，必須對其進(jìn)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(jù)需要通過手機(jī)瀏覽器或聯(lián)網(wǎng)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(jìn)電機(jī)控制

機(jī)器自動化時(shí)，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(rèn)：“來自傳感器的安全觸發(fā)器和緊急停止按鈕能夠停止驅(qū)動器。無需采用硬連線安全解決方案。”

在操作的其中一個(gè)階段，可能會發(fā)生操作員必須在電機(jī)仍處于激活和運(yùn)行狀態(tài)時(shí)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(jù)Majumdar稱，在以前的機(jī)器中實(shí)施此項(xiàng)安全功能很困難，并因速度監(jiān)控造成了承重的額外財(cái)務(wù)支出。此外，Majumdar還看到了Beckhoff技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)勢。

Majumdar表示：“無論是PLC、驅(qū)動器、HMI 還是安全性，都可以通過TwinCAT進(jìn)行編程。這一切都在一個(gè)通用的平臺上運(yùn)行。“