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机器人控制方案技术现状
时间:2019-03-25 05:36:35 来源:西羊资讯网 作者:匿名



20世纪90年代被视为基于PC技术快速发展的时代。这种基于PC的硬件和软件的快速增长对于制造(从订单输入和系统分析到生产线过程控制)非常重要。随着英特尔奔腾处理器和微软Windows NT的出现,制造商现在拥有一个真正开放的架构,可以被非专有控制环境利用。这种环境支持(事实是促进)不同制造设备的广泛系统集成。它还使制造商能够轻松开发用户应用程序以支持其流程并获得现成软件包的第三方体验。更重要的是,PC硬件和软件平台是根据行业认可的硬件组件和软件标准构建的。采用标准的好处已得到计算行业的证实。这些好处可以很容易地转移到工厂车间和控制行业。

这种开放式架构环境提供系统控制,过程监控和数据采集,质量管理以及以前与其他系统不可能的通信,典型的闭环架构,特性和制造计算平台。一系列致力于制造的功能。基于开放式架构的PC制造的主要好处是:

通讯

连接

组件标准化和可用性

削减开支。

Open PC Control为机器人,机床和自动化系统等现有机械系统提供“即插即用”的自适应创新机会,为改造和升级资本设备提供了巨大的市场。真正开放的组件和通信协议的最早的例子之一是机器人领域。

PC控制在今天生产

一些“财富500强”公司积极采用基于PC的制造计划,以实现PC技术在生产领域的优势。今天,土星处于将PC技术应用于制造的最前沿[1]。

在土星,生产停止1分钟,成本为4,400美元。土星确定需要最新的100,000种不同类型的制造信息,才能开发出更好的生产工艺,并保持其制造系统的运行而不停止。使用行业标准的硬件和软件,Saturn实施了基于PC的战略和生产系统,该系统与车辆系统,车身系统和动力系统中的财务和管理真正集成。该公司选择Microsoft Windows NT作为其安全措施,图形用户界面和开放式架构。在Saturn,一种基于PC的开放式架构中,Microsoft Windows制造环境已经证明了其处理关键任务的能力,例如动态油漆作业调度,生产跟踪和质量监控。该系统还自动收集90%的所需制造数据,以评估各种生产流程并进行持续改进。用户应用程序已经开发用于捕获生产和停机数据,并使用Microsoft Visual Image Basica或Visual C维护报告,大修和测试系统。该公司甚至开发了各种用于远程性能监控的机器内工具。

“自动化岛”

由于原始设备制造商(OEM)同意采用行业标准协议进行硬件,软件,控制,通信和过程,因此在过去20年中由计算机专有技术的实施引起的车间“自动化孤岛”正在消失。操作。 。

除了机器人自动化。专有控制结构将机器人应用程序的开发限制为简单的独立任务。已经表明,从灵活的自动化机器人中获得巨大益处的肮脏,黑暗和危险的任务根本不可能以成本有效的方式开发和集成。 “财富500强”公司正在开发复杂的应用,如电弧和视觉传感器的自适应多重焊接,或在适形材料上分配粘合剂。这些大型公司在专用机器人控制器的研发预算,员工经验和长期研发时间方面都是经济实惠的。但是,这种“高级”系统不用于生产。集成,安装和维护这个实验性机器人工作单元的成本对于工厂来说太高了。

即使在简单,明确定义的任务场景中,单独的专用机器人控制架构也会增加系统实施成本。在大多数情况下,它将阻碍实现最新的发展效益。这对于我们在北美市场已有的115,000台机器人以及每年新安装超过15,000台机器人来说是不可接受的。

根据生产线上有50个(或更多)机器人的“财富500强”制造商的说法,机器人工作单元的最终实施成本是单个机器人和控制器的三到五倍。额外的成本不仅来自外围设备和工具的购置,还来自安装和硬接线的集成。这意味着,当该装置建成并投入使用时,50,000美元的机器人和控制系统预计将额外花费150,000美元至250,000美元(或更多)。这些费用仅作为“资本拨款”项目下的详细项目列报。还有其他费用是不可避免的。这些费用隐藏在其他预算中,例如工程,维护,备件和培训(或有时根本不包括在内)。

例如,工作单元的编程(或重新创建)可以从几周到几个月不等。操作员培训时间可能长达8个月。备件库存可能占工作单位成本的20%。这会影响生产停工时间。实际的价格文件可能是惊人的,用新设备更换生产中现有机器人手臂的成本更高。基本的机器人轨迹,刀架,I/O和机械接口通常是不同的,需要新的研究和新的工程。

使用基于PC的控件延长机器人设备的使用寿命

自机器人技术问世以来,仅在北美就有超过115,000台机器人安装在制造工厂中。最初安装的大多数机器人仍在工作。与机床类似(机器寿命可持续数十年),在长寿命的基础上,机器人越来越多地被证明是机械可靠,可用且合理的。一些报道称该机器人在大修前已经使用了50,000小时,但平均而言,每七年一次,机器人控制器已经过时,原始设备制造商正在为此目的推出一种新型控制器。

当机器人制造商引入“新一代”机器人时,新控制器采用新的编程语言并不罕见。这种新控制器不能与以前的控制系统向后兼容。这意味着现有的机器人程序不能在新系统中使用,必须重新编程才能面对任务,以便它们可以在新系统上运行。最终用户只能通过将新系统应用于新工作站和新生产线来避免重新编程开销。

此策略适用于设备扩展和新安装。但是,到目前为止,没有好的策略来升级现有的机器人和新的控制器。随着机器人/控制器社区的淘汰,这一因素为制造商试图不断提高竞争力创造了巨大的财务和生产力障碍,但在20世纪70年代和80年代只能局限于计算和控制技术。 。机器人原始设备制造商的最终选择是,一旦引入下一代控制器,就不再支持以前的控制器版本。结果,早期机器人的用户现在很难找到他们使用的机器人控制器备件。一些较旧的机器人控制器使用多达50个专用印刷电路板。由于不再支持控制器,因此不再可能从原始设备制造商处获得替换的印刷电路板。必须从经销商的库存中获取备件。一些型号的替换零件(例如辛辛那提米拉克龙机器人系列中使用的零件)已经很少了。事实上,这是因为原始设备制造商不再参与机器人业务。如果有替换零件,价格也很高。

获得备件的问题在机器人行业中非常普遍,基于使用废弃零件的可能性的旧“孤儿”控制器的价格现在接近20,000美元。

改变目标

与机床和自动化设备行业的其他部分不同,机器人行业尚未采用任何计算,控制或语言标准。每个机器人制造商都提供自己的专有技术由于机器人的制造和模仿不断变化,专利技术的实施仍然缺乏通常最低的可接受的PC行业标准。因此,机器人行业可以随时利用PC技术。

资本投资的困境

使用机器人10年,15年或20年的制造商现在面临着一个巨大的困境。他们在生产中机械完整的机器人上投入了大量资金。机器人硬件,装置,外围设备,其他工具和设备以及培训的投资很少能够满足2000年的制造要求。控制器无法与商店或整个企业中的其他设备进行通信。控制器也不能连接到同一品牌的新机器人。原始设备制造商不再需要对这些控制器的支持,因此很难找到他们操作的备件。

PC控制策略

使用基于PC的开放式架构即插即用解决方案更新过时的机器人控制器。包括PC平台的性价比突破。利用Microsoft Windows NT的处理功能。采用开放式系统架构。支持各种通信。简化操作,培训和维护。自动化数据收集和分发。指定并执行各种标准。重新安排生产线机器人,减少生产停机时间。保留表现出良好性能的现有工作单元,夹具和工具。在新的工作单位和生产线上重新安排库存机器人可以最大化以前的投资回报,并最大限度地减少未来的资本设备支出。扩大您的资本投资。基于PC的开放式架构控制器

1997年7月,“机器人工作空间技术”(RWT)推出了世界上第一个在Windows NT上运行并基于英特尔奔腾处理器的真正开放式架构机器人控制器。 1998年12月,RWT推出了第二代URC控制器。

通用机器人控制器(URC)代表了工厂自动化和机器运动控制领域的重要技术突破。它专为现有机器人的即插即用翻新而设计,可简单且经济高效地实现运动控制技术的现代化。由于专用硬件,有限选项和个别资源提供商等因素,URC的性能远远超过了当今新OEM所能提供的控制器性能水平。

这种基于PC的开放式架构控制的主要优点如下:

通讯

连接

零件

成本。

第二代URC概述

URC系统中使用的所有硬件和软件都是市场上现有的标准现成组件。完全集成到真正开放的架构平台中。

URC采用英特尔奔腾处理器,触摸屏用户界面和简化的操作员示教器。后者最大限度地利用了Microsoft Windows软件功能。与传统机器人控制器相比,包含机器人的所有机电接口系统的电源模块是一个非常小的盒子。它可以放置在工作单元中的机器人附近。带有PC,机器人逻辑,触摸屏和键盘的URC可作为操作员界面安装在工作单元内外,位于任何可访问的位置。新架构提供分布式控制,甚至可以提供PLC逻辑的功能。

URC最先进的功能包括内部网络,与现有自动化系统的连接以及用于监控和报告的远程连接。 Microsoft Windows NT使用户能够自定义用户界面。使用可视图像(如Microsoft Basic或C),可以轻松开发用户应用程序以自动执行数据收集和运行分布式例程。 URC还将运行任何第三方基于PC的软件,以支持例如ISO 9000以及其他制造计划。URC配置提供的一些优点是URC可以轻松地与多个电源模块和其他控制系统集成,以支持分布式控制架构。实际上,可以在放置工作单元之前安装URC,以促进企业范围系统的集成。 URC还可以用作培训控制台,这意味着可以为最终用户节省大量成本。这是因为它的轨迹功率块减少了,减少了生产工厂的空间。 URC还节省了系统集成,培训和备件库存成本。

标准编程语言

Robot ScriptTM用于编程任何使用URC的机器人。它基于行业标准Microsoft Visual Image Basic语言,但它已扩展到机器人控制。 Robot Script支持所有控制结构和变量类型,使用复杂的应用程序创建数据处理,I/O操作和机器人控制。运动规划,数据处理和伺服控制嵌入在简单,直观的英语命令中。运动控制系统支持关节,线,工具和圆周运动,坐标系统,绝对和相对位置,工具以及连续和点对点运动,适用于各种机械手配置。

机器人系统的灵活性来自其编程功能。实际上,所有机器人都使用某些类型的机器人编程语言进行编程。这些编程语言用于命令机器人移动到指定位置,输出信号和读取输入。目前还没有机器人语言标准,因此每个机器人制造商都开发了自己的机器人语言,每种语言都有自己的语法和数据结构。这种趋势注定要继续下去。

机器人编程语言障碍

许多因素促使用户从多个机器人制造商那里获得机器人。结果,多种语言在控制系统内运行。这要求机器人程序员精通各种编程语言或要求程序员精通某些编程语言。这种多样性导致需要一种可用于任何类型机器人的通用语言。使用Microsoft Windows NT,您可以在软件设计中实现很大的灵活性,更重要的是,您可以利用已有的数千个软件程序。这也是许多人都熟悉的操作系统,因此需要较少的学习时间。Microsoft的Visual Image Basic语言系列包括Visual Basic描述(VB脚本)。它最初是为在互联网上使用而开发的,用于将动态内容附加到网页。 VB脚本现在包含Microsoft Windows 98作为批处理文件语言,并将成为下一版本的Microsoft Windows NT的一部分。

基于可视图像基本语言的所有语法都非常易于学习。使用的命令与英语类似,因此整个程序易于跟踪和调试。 Robot Script是一个带有机器人命令库的VB脚本。这些命令的语义以与本机VB脚本命令中显示的语法相匹配的格式编写。该命令还被设计成即使对机器人编程不太熟练的用户也可以相对容易地学习该语言。

通过创建Microsoft Active X受控语言驱动程序,Robot Script还可以利用Microsoft Windows开放式架构功能。 Microsoft Active Control使软件开发人员能够将现有技术嵌入其产品中。这允许用户开发除了开发者附加的任何其他特征之外还可以运行,停止和暂停机器人程序的执行的传统用户界面。通过这种方式,Robot Script程序实际上可以与任何其他软件进行通信(如果有人编写程序来联系Robot Script和此类软件)。

Robot Script是一种通用的机器人编程语言。一旦机器人程序员学会了机器人脚本,他或她就可以编写连接到通用机器人控制器的任何机器人程序。为一个机器人生成的程序可用于不同的机器人(假设所有教学点都在两个机器人的有效工作范围内)。

基于PC的机器人控制的真实示例最近,机器人工作空间技术(RWT)完成了一项创新的机器人示范项目,该项目将康耐视检查站900视觉系统与“通用机器人控制器”集成在一起,为一家领先的汽车行业供应商完成零件生产。测试。

在框架上冲出各种不同尺寸的圆孔和槽。通过这些孔,螺钉用于连接身体部位;通过这些孔,引出各种电线和电缆。冲压过程使用硬自动化完成。有时,由于工具破损或磨损,冲孔不完整,或者由于夹子的问题,冲孔不在正确的位置。有时,由于工具磨损,孔的尺寸超出公差范围。像大多数汽车供应商一样,这家一流的汽车零部件经销商负责零缺陷零件。除了改变工艺外,其他确保零缺陷的方法是在线检查工件。

为了实现系统的最大灵活性,摄像机和灯架直接安装在机器人手臂末端的刀架上。机器人手臂将摄像机移动到框架的长度上并扫描框架中的孔。同时,视觉软件计算编程孔的存在,孔的大小和位置。

操作员可以调整测量规格,以确保关键孔在规定的公差范围内,并避免排除非关键孔部件。在实际的应用过程中,每两秒钟进行一次循环,可以检查19个孔。

该示范项目还证实了另一种制造解决方案:通过“脑移植”,有效地使已经在使用的机器人获得现代先进技术,使用基于PC的通用机器人控制器升级旧机器人的重新安排。可行性。在这个一流的汽车零部件供应商中,这些机器人在某种类型的机器人生产运行结束时经常退役。现在,只需最少的资本支出,这些机器人就可以在上游流程中重新安排,例如在线检查。该示范项目使用了一台已使用了15年的ABB IRB-6机器人,并使用“通用机器人控制器”进行了修改。实施该示范项目的一流汽车零部件供应商在其工厂中拥有数百台机器人。在另一家一流的汽车零部件供应商中,Fanuc S-300机器人在“即插即用”的基础上使用“通用机器人控制器”进行了修改。在该生产工作单元中,机器人用于在冲压时装载和卸载汽车座椅框架。 URC转换工作不仅包括Fanac S-300机器人的“脑移植”,还包括与印刷机和其他外围设备的集成。包括重新编程在内的整个转换工作在不到两天的时间内完成。结论

在过去的25年中,制造商为开发和实施新技术和工艺以改进工艺做出了巨大努力;提高吞吐量;提供更多类型的产品,并将其投入更短的生产周期市场;提高质量,降低成本。更快,更好,更便宜。总的来说,该行业在这些领域的努力取得了显着的成功。

但是,从产品中节省资金可能不再是降低成本的可行方法。从流程中节省成本并不是一个好主意。事实上,改善年底的盈亏数据是明智之举。更加注重资本投资和控制平台的使用寿命。基于PC的开放式架构控制器可能掌握了关键点,以在下个世纪获得竞争优势。

这个关键将是简化和标准化。基于PC的控制平台具有所有“适当的品质”,可帮助制造商在21世纪实现其竞争目标。

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