12/01/2016
Door Liam van Koert
Als het om stapelen en positioneren gaat is de portaalrobot nog steeds een van de meest voorkomende systemen. Doorgaans worden hierbij drie assen aangesloten op een servoregelaar en verzorgt een PLC de rechttoe-rechtaan aansturing van de assen. Hoewel het met het oog op efficiency, cyclustijden en slijtage beter zou zijn portaalkinematica te gebruiken, is dit voor veel engineers niet haalbaar. Het programmeren van robots – ook niet als het een relatief eenvoudig portaal betreft – behoort niet tot hun vaardigheden. Zou het daarom niet handig zijn als een stukje software de lastige kinematica van meerassige robotsystemen voor haar rekening zou nemen?
Jaarlijks wordt in Neurenberg de SPS IPC Drives georganiseerd. En aangezien iedere automatiseerder die zich serieus neemt hier allang niet meer mag ontbreken, pakt ook Lenze uit Hamelen flink uit. Op hun stand prijkt naast een compacte i500-regelaar een bekende die onlangs ook Nederland al eens aandeed: de demo met de portaalrobot. ‘Een robot programmeren in 7 minuten’ staat er boven. Toegegeven dat in dit geval het aansturen van de ‘diepterichting’ achterwege is gelaten – dat werkt met een paneel toch minder handig – maakt dat voor de demonstratie weinig uit. “Ik vind robots programmeren op zich geen probleem”, licht Lenze-techneut Matthias Ahlers toe. “Maar het is wel een tijdrovend werkje. Deze opstelling zonder de robotmodule uit de FAST-softwareapplicatietemplate? Dat kost me toch me al gauw een uurtje of twee. Maar geen zorgen, nu heb ik hem binnen tien minuten aan de praat.”
Snelle template
Voor degene die niet zo bekend is met het Lenze-portfolio eerst even een stapje terug. En wel naar de FAST Application Software Templates. De naam zegt het eigenlijk al. Het zijn templates waarmee de vele regelaars voor motiontoepassingen veel sneller kunnen worden geprogrammeerd. Of liever gezegd, geparametriseerd. Dit kan omdat applicatiespecifieke functies voor het aansturen van de assen al als kant-en-klare softwareblokjes in een bibliotheek voor PLC Designer aanwezig zijn. Of het nu gaat om winding of om pick & place, voor elk type toepassing zijn de gangbare functies voorhanden. En natuurlijk kan de gebruiker ook zijn eigen functies die hij al eerder gemaakt had toevoegen. Nu klinkt het gebruiken van bibliotheken met motionfuncties misschien niet zo spannend. Maar de mogelijke tijdsbesparingen zijn dit des te meer. Dankzij de vergaande applicatiekennis die in de templates is geborgd, kunnen deze oplopen tot maar liefst tachtig procent. En ook de kans op fouten wordt drastisch verkleind omdat alleen uitvoerig geteste en in de praktijk bewezen functies in de bibliotheek worden opgenomen. Tot slot helpen de templates ook overdimensionering te voorkomen, iets wat bij het kiezen van motoren en regelaars frequent voorkomt. Vanzelfsprekend bespaart ook dit energie en geld.
Robotkinematica ontkoppelen
Precies een jaar geleden had Lenze opmerkelijk nieuws. Op dezelfde SPS IPC Drives, in dezelfde hal, gunde Lenze de bezoeker een klein kijkje in een toekomst die inmiddels realiteit is. Samen met diverse universiteiten was hard gewerkt aan de ontwikkeling van een zogenoemde ‘robotkernel’ die de geometrische berekeningen van vaak ingewikkelde robotkinematica ontkoppelt van de baanplanning. Deze ontkoppeling heeft een tweetal grote voordelen. Op de eerste plaats hoeft de engineer geen vergaande robotkennis te hebben om toch een robot te kunnen programmeren en deze in zijn machine te integreren. Gezien de trend richting de opmars van robotisering in productieautomatisering, maar het oplopende tekort aan robotprogrammeurs is dit geen overbodige luxe. Bovendien is het ook voor mensen die met robots kunnen lezen en schrijven een lastige en tijdrovende klus om afzonderlijke assen te programmeren en een 3D-baan in de tijd te beschrijven. Dat brengt ons bij een tweede voordeel van de ontkoppeling: flexibiliteit. Wie een applicatie namelijk zodanig opbouwt dat wel de baanplanning in relatie met gereedschappen, transportbanden en andere machinefuncties vastliggen, maar de koppeling met het kinematische model voor het laatst bewaart, hoeft pas in een later stadium de robot te kiezen. Dit maakt parallelle ontwikkeltrajecten en modulariteit mogelijk waarbij delen van een machine met een andere robot worden hergebruikt. De robotmodule bevat namelijk zowel geïntegreerde kinematische modellen voor delta 2-, delta 3-, knikarm- en scararobots, als voor diverse portaalrobottypen.
Open standaarden
De baanplanning van de FAST Robotics template is volledig gebaseerd op PLCopen deel 4 (Coordinated Motion) en een IEC 61131-programmeeromgeving (CoDeSyS). De robotmodule ondersteunt dus klassieke motion commando’s als lineair, circulair, spline en point-to-point. Ook zijn functies voor motion smoothing zoals ‘Look Ahead’, ‘Buffer Mode’ en ‘Blending’ voorhanden en heeft Lenze enkele specifieke robotfuncties aan de standaard PLCopen commando’s toegevoegd. De robotmodule zit dus boordevol commando’s waar menig engineer bekend mee is. Naast robots kunnen met de module ook tot zes auxiliary assen worden bijgeprogrammeerd, zodat ook tijdkritische processen als lijmen en lassen netjes synchroon lopen en gereedschappen vanaf het TPC (tool point center) worden aangestuurd. Uiteraard geldt dit ook voor de synchronisatie met bewegende delen op een transportband voor pick & place en stapeltoepassingen met een portaalrobot bijvoorbeeld. Wanneer bij laatstgenoemde voor de OMAC-versie van de template wordt gekozen, dan voldoet die bovendien aan de steeds populairder wordende PackML-standaard.
7 minuten
Terug naar de portaalrobot op de SPS IPC Drives in Neurenberg. Ahlers opent een nieuw project in PLC Designer en klikt er vervolgens vrolijk op los. Hij laadt een pick & place-template uit de bibliotheek en koppelt de assen van de demonstrator aan de i700-controllers die eronder hangen. Hij bepaalt de baan die het tool-point – waaraan in dit geval geen grijper hang – moet afleggen, synchroniseert deze met het bandje eronder en wijst pas op het allerlaatste moment het kinematische model van een portaalrobot toe. Een al kort verhaal nog korter: het werkt. “Zie je hoe vloeiend alles loopt?”, vraagt Ahlers zichtbaar tevreden. “Goed, we hebben hier niet dezelfde massa aan het toolpoint hangen als wanneer we echt aan het pallatiseren waren geslagen. Maar het uitblijven van de ongewenste versnellingen danken we echt aan de standaard motion smoothing, die ik kon toevoegen zonder me druk te hoeven maken over de kinematica van de portaalrobot. Minder schokken en trillen betekent naast preciezer werken ook minder energieverbruik en slijtage. Tel daarbij op de kansen die modulariteit biedt voor het snel inspelen op nieuwe ontwikkelingen, of hoeveel gemakkelijker trainen, testen en in bedrijf nemen wordt en je zult me vergeven dat ook ik als robotprogrammeur erg van de robot-toolbox ben gecharmeerd. Eerlijk is eerlijk, ook al duurt het voor sommige applicaties echt wel een minuutje langer.”