インテリジェントロボットスタッカー

業界の知識

アーム先端工具の選択 ロボットパレタイザー コイル状ケーブルを扱うシステム

ロボット パレタイザーのエンド オブ アーム ツール (EOAT) は、生産においてシステムが実際にサイクル タイムと配置精度の目標を満たしているかどうかに最も影響を与える単一コンポーネントですが、仕様段階ではロボット アームそのものほどエンジニアリング上の注意が払われません。ケーブルメーカーにとって、この課題は特に深刻です。なぜなら、コイル状ケーブルは機械的に扱いにくい積載物であるためです。ケーブルは丸く、比較的変形しやすく、製品ファミリーによって外径が異なり、送り込みコンベア上で一貫性のない位置や向きで提供されることがよくあります。硬いカートンや均一な袋用に設計されたグリッパーは、コイル状のケーブル上で繰り返し故障し、配置エラーが発生し、それが積み重なって不安定なパレット荷重となり、修正するには手動の介入が必要になります。

コイル状ケーブルのパレタイジングにおける EOAT の主なアプローチは、クランプ グリッパーとフォーク スタイルのリフターの 2 つです。クランプ グリッパーは、2 つ以上のジョー面から横方向の圧力を加えて移送中にコイルを保持します。これは、一定の外径を持つコイルと、クランプ力による変形に耐える十分な剛性のジャケット材料に効果的です。フォーク スタイルのリフターは、コイルの下に 2 つ以上のタインを挿入し、下から持ち上げます。これは本質的に外径の変動に寛容ですが、コンベア表面上の既知の高さにコイルを提示する必要があり、タインを挿入するためにコイルの下に十分なクリアランスが必要です。同じパレタイジングセル上でケーブル外径が 8mm から 60mm までの製品が混在する環境では、調整可能なクランプ幅と格納式ボトムサポートを備えたハイブリッドツールが、より幅広いツールの複雑さと製品ファミリー間の切り替え時間の延長を犠牲にして、最も広い互換性範囲を提供します。

Shanghai Yessjet Precise Machinery Co., Ltd. は、 インテリジェントロボットスタッカー システム設計プロセスは、顧客が使用する予定のすべてのケーブル製品のコイル外径範囲、コイル重量範囲、ジャケット材質の硬度、およびストラップ構成を文書化するペイロード マトリックスから始まります。このマトリックスは、ツールの機械設計とロボット プログラムの軌道の両方を駆動します。これは、コイルが重い場合や外径が大きい場合は、配置精度を ±5 mm 以内の公差内に維持するために異なるアプローチ角度と減速プロファイルが必要になるためです。これは、ほとんどのパレット パターンが安定した積み重ねのために必要とするものです。

パレット パターン プログラミング: 静的パターンとアダプティブ レイヤ ロジック

パレットパターンプログラミング インテリジェントスタッキングロボットアーム 円形は効率的にテッセレーションされず、コイル間のギャップ管理がパレットの安定性とパレットあたりの有効積載密度の両方を決定するため、このシステムは長方形のカートンよりも円形のコイル製品の場合により複雑です。すべての層が事​​前定義されたコイル配置グリッドに従う静的パターン プログラミングは実装が簡単で、単一の製品に対して予測可能な結果が得られます。ただし、パターン調整なしでラインを外径 240mm 製品に切り替えると、外径 200mm のコイルに最適化されたパターンでは過剰なギャップが残ったり、コイル間の接触干渉が発生したりするため、コイル外径が実行ごとに異なる製品が混在する環境では、静的パターンが問題となります。

アダプティブ レイヤー ロジックは、ビジョン システムによって測定された、またはレシピ管理インターフェイスを介して入力された実際のコイル OD に基づいて、実行時に配置グリッドを計算することでこの問題に対処します。ロボット コントローラーは、現在の外径でレイヤーごとに適合するコイルの数を決定し、パレットのフットプリント内の中心にパターンを配置するための最適な行と列の間隔を計算し、配置移動ごとにウェイポイントを動的に生成します。このアプローチにより、すべての製品 SKU の静的パターンのライブラリを維持する必要がなくなります。このライブラリは実際には、新しいケーブル製品が導入されると扱いにくくなり、メンテナンスの負担になります。

本番環境ごとのパターンアプローチの比較

層インターロック パターン (交互の層を 90 度回転するか、コイル ピッチの半分だけオフセットする) により、横方向の滑りを防ぐ平らな面がない円形コイルのパレットの安定性が大幅に向上します。適応パターン システムでレイヤー インターロックを実装するには、ロボット コントローラーが現在のレイヤー番号を追跡し、計算されたグリッドに正しい回転オフセットを適用する必要があります。この論理ステップは実装が簡単ですが、オペレーターが通常実行するように訓練されているよりも複雑なパターン プログラミングが必要になるため、基本的な静的パターン システムでは省略されることがよくあります。

サイクルタイム分析: インテリジェントロボットスタッカーシステムが実際の生産で時間をロスする箇所

サプライヤーが見積もったインテリジェント ロボット スタッカーのサイクル タイムは、ほぼ常に理想的な条件下で測定されます。つまり、1 つのコイル サイズ、固定の送り込みポイントに事前に配置され、空のパレット上に固定の高さで配置され、パレットの切り替えイベントはありません。実際の生産サイクル時間は、これらの引用数値よりも一貫して 15 ～ 30% 長くなります。これは、すべての生産シフトに存在しますが、ベンチマーク テストには含まれていない要因が考えられます。これらの要因には、インフィード コンベア上のコイル位置の変動、層が蓄積するにつれてのパレット高さの増加、パレット交換のダウンタイム、および最初の配置試行でコイルが正しく設置されていない場合の時折の再ピッキングなどがあります。

ほとんどのインテリジェント スタッキング ロボット アームの設置で回復可能な最大の時間ロスは、パレット交換シーケンス、つまりロボットが満杯のパレットに最後のコイルを配置してから、新しい空のパレットに最初に配置するまでの時間です。フォークリフトを使用した手動のパレット交換には通常 60 ～ 120 秒かかります。この期間中、上流のコイリング ラインは停止するか、バッファ コンベア上にコイルを蓄積しますが、バッファ コンベアには長い交換シーケンスに十分な容量がない可能性があります。現在のパレットを充填している間に空のパレットをロボットの作業範囲の下に事前に配置する自動パレットディスペンサーは、交換のギャップを 10 ～ 20 秒に短縮し、フォークリフトの可用性への依存を排除​​します。フォークリフトの可用性への依存は、マルチライン施設ではスケジュールの競合を引き起こす共有リソースであることがよくあります。

• インフィードコンベアの位置決め: インフィードコンベア上のコイル位置の変動が ±30mm であると、位置補正を実行するビジョンガイドシステムのピックサイクルあたり 0.3 ～ 0.8 秒が追加されます。これは、シフトあたり 500 ピックにわたって、累積損失時間 2.5 ～ 6.5 分に相当します。
• パレット高さ補正: 連続する各層は、配置ポイントをコイルスタックの高さだけ上げます。ロボットは上層ではより長い垂直距離を移動する必要があり、地上層のサイクルと比較して配置ごとに 0.2 ～ 0.5 秒追加されます。この効果は 6 ～ 8 層のパレット全体でさらに悪化します。
• イベントを再選択します。 最初の配置試行後にコイルが正しく装着されていない場合は、ロボットが持ち上げ、位置を変更し、再度配置する必要があります。この一連の作業には 3 ～ 8 秒かかり、配置確認センサーのないシステムでは総ピックの 1 ～ 3% の割合で発生します。
• ストラップテール干渉: ストラップが不完全に巻かれたコイルのストラップ テールが緩んでいると、配置中に隣接するコイルと干渉する可能性があり、ロボットがコイルを解放する前にテールが落ち着くまで 2 ～ 5 秒の待機時間が必要になります。この問題は、ロボット自体ではなく上流のストラップ ステーションにまで遡ります。

ロボットパレタイザーセルへのビジョンシステムの統合: キャリブレーションとドリフト管理

ケーブル製造環境におけるビジョン誘導ロボットパレタイザーシステムは、一般的な産業用ビジョンアプリケーションとは異なる校正の課題に直面しています。これは、作業環境が、隣接する機械からの振動、天井クレーンの動きから生じる変動する周囲照明、および照明角度やジャケットの色に応じて一貫性のない画像コントラストを生み出す製品の表面特性（反射ストラップ素材を使用したストラップ付きコイルとマットまたは半光沢のジャケット仕上げ）を組み合わせているためです。午前中に安定した工場照明の下で校正されたビジョンシステムでは、天井クレーンの影や隣接する機器の振動によって有効な画像重心計算がずれた場合、シフトの途中で 5 ～ 15 mm のピック位置誤差が生じる可能性があります。

生産環境でビジョンキャリブレーションのドリフトを管理する最も効果的なアプローチは、工場の周囲照明に依存しない、ビジョン視野内の固定構造照明と、定期的なインサイクルキャリブレーション検証ルーチンの組み合わせです。構造化照明 (通常はカメラ ブラケットに取り付けられたリング ライトまたはリニア バー ライト) により、周囲条件に関係なく照明の形状が一定になります。インサイクルキャリブレーションチェックでは、ロボットが既知の位置にある基準ターゲットを定期的に選択し、ビジョンシステムが報告した位置を既知のグラウンドトゥルースと比較します。しきい値を超える偏差があると、生産が続行される前に自動再調整ルーチンがトリガーされます。

温度ドリフトは、環境制御のない施設における校正の二次的な懸念事項です。カメラ取り付けブラケットとロボット ベースはどちらも日中に熱膨張し、カメラ フレームとロボット ワールド フレームの間の空間関係が 1 ミリ単位で変化し、午後のピーク温度によって 3 ～ 8 mm の配置誤差が蓄積されます。熱ドリフトを補償するには、ロボットからカメラへの変換マトリックスでの温度係数補正（複数の温度でのキャリブレーション実行から導出）、または熱膨張を最小限に抑えるカメラ用の剛性インバー合金取り付け構造のいずれかが必要です。ほとんどの生産施設は、パレット パターンの配置公差を拡大してドリフト範囲を吸収し、校正メンテナンスの負担をなくす代わりにパレット密度のわずかな減少を受け入れることで、この問題に現実的に対処しています。

インテリジェントスタッキングロボットアームセルの安全アーキテクチャ: 安全フェンスの向こう側

産業用ロボット セルの従来の安全アーキテクチャは、インターロックされたアクセス ゲートを備えた物理的な境界フェンスに依存しています。このソリューションは効果的ではありますが、コイル ジャムの除去、パレットの品質検査、またはストラップ テールの管理のためにオペレーターがロボットの作業範囲に頻繁にアクセスする必要がある施設では、運用上の摩擦が生じます。高スループットのケーブルパレタイジング作業では、ゲートに入るたびに完全な安全停止がトリガーされ、生産を再開する前に意図的な再起動シーケンスが必要となるため、フェンスが頻繁に中断されると、システムの有効稼働時​​間が大幅に減少します。生産シフト全体にわたる累積効果は、総利用可能時間の 5 ～ 10% を占める可能性があり、インテリジェント スタッキング ロボット アームが導入した省力化の一部を相殺します。

最新のインテリジェント ロボット スタッカーの設置では、エリア スキャナ、安全評価のビジョン システム、および力が制限されたロボット モードを使用して境界フェンスを置き換えたり補完したりする協調型安全アーキテクチャがますます使用されています。エリアスキャナー（床レベルに取り付けられたレーザーベースの安全装置）は、ロボットの作業範囲内に構成可能な安全ゾーンを定義します。オペレーターが定義されたゾーンに入ると、ロボットは完全に停止するのではなく、安全な減速速度 (通常は 250mm/s 以下、ISO/TS 15066 準拠) まで減速し、生産を完全に停止することなく、検査や軽度の介入タスクで限定的に人間とロボットの共存が可能になります。オペレータがアクティブなピック アンド プレース エリアの周囲の内側の立ち入り禁止ゾーンに侵入した場合でも、完全停止はトリガーされます。

• 安全定格監視停止 (SRMS): オペレーターが監視ゾーンに入ると、ロボットは停止して位置を保持します。オペレーターが終了すると生産が自動的に再開されます。手動で再起動する必要がなく、アクセスイベントのダウンタイムがゾーンを通過するまでの時間まで短縮されます。
• 速度と間隔の監視 (SSM): オペレーターが近づくとロボットは継続的に速度を下げ、スキャナーの距離測定値からリアルタイムで計算されます。最接近距離によって、ロボットが低速に減速するか、減速するか、保護停止するかが決まります。
• 電力および力の制限 (PFL): 協働ロボット プラットフォームで利用可能な PFL は、ロボット アームが接触時に及ぼす力を制限します。コイル重量が協働ロボットのペイロード範囲 (通常、現在の協働プラットフォームでは最大 16kg) 内にある、低ペイロードのケーブル コイル アプリケーションに適しています。
• 安全PLCの統合: すべての安全機能 (エリア スキャナ ゾーン、ゲート インターロック、緊急停止回路、ロボットの安全入力) は、標準のマシン PLC ではなく専用の安全 PLC (SIL 2 または PLe 定格) を通じて管理する必要があり、レシピやプログラムの変更中に安全ロジックが誤って変更されないようにする必要があります。

2002 年に上海で設立され、2017 年に宜興市に Jiangsu Yessjet Precise Machinery Co., Ltd. を設立して拡大した Shanghai Yessjet Precise Machinery Co., Ltd. は、初期システム レイアウト段階から ISO 10218-2 および GB 11291.2 の要件に準拠したロボット パレタイザーの安全アーキテクチャを設計しています。安全ゾーンの構成、アクセス頻度分析、および再起動手順の設計は、工場の受け入れテスト中に文書化され、試運転中にオンサイトで検証されます。これにより、設置された安全アーキテクチャが、設計段階で想定された理論的なアクセス パターンではなく、顧客の施設内の実際のオペレータのワークフローと一致することが保証されます。