Roboty współpracujące w automatyzacji procesów produkcyjnych i pakowania

Standardowe roboty współpracujące kosztują obecnie od 100 000 do 170 000 PLN. Ich wdrożenie na końcu linii produkcyjnej często zwraca się w czasie krótszym niż dwanaście miesięcy. W przeciwieństwie do tradycyjnych maszyn przemysłowych coboty mogą bezpiecznie pracować w bezpośrednim otoczeniu ludzi bez konieczności budowania wygrodzeń ochronnych.

Firma Poli-Prof dostarcza sprawdzone rozwiązania dla przemysłu. Łączymy nowoczesną robotykę z tradycyjnymi maszynami pakującymi. Integracja cobotów z istniejącą infrastrukturą bezpośrednio wpływa na efektywność linii produkcyjnej. Maszyny te przejmują powtarzalne zadania. Operatorzy zyskują czas na kontrolę jakości oraz zarządzanie procesem logistycznym.

Czym różnią się roboty współpracujące od tradycyjnych robotów przemysłowych?

Tradycyjne roboty przemysłowe wymagają fizycznych barier, klatek bezpieczeństwa oraz skomplikowanych systemów ryglowania. Roboty współpracujące posiadają wbudowane czujniki siły i momentu obrotowego. Systemy te nieustannie monitorują opór napotykany przez ramię robota. W przypadku kontaktu z człowiekiem lub przeszkodą maszyna natychmiast zatrzymuje swój ruch. Taka funkcja eliminuje ryzyko poważnych urazów i pozwala na lepsze wykorzystanie przestrzeni w hali produkcyjnej.

Kolejną różnicą jest tryb zerowej grawitacji. Operator może chwycić ramię robota i fizycznie poprowadzić je przez pożądaną ścieżkę ruchu. Ten sposób nauki punktów orientacyjnych znacznie skraca czas konfiguracji nowej aplikacji. Wymagania dotyczące bezpieczeństwa obu typów maszyn reguluje norma ISO 10218-1. Specyfikacja techniczna ISO/TS 15066 precyzuje natomiast zasady bezpośredniej współpracy na linii człowiek-maszyna.

Wdrożenie cobotów nie oznacza rezygnacji z dotychczasowych rozwiązań. Sprawdzają się one doskonale jako uzupełnienie dla klasycznych systemów. Zalicza się do nich urządzenia do pakowania, gdzie robot podaje produkty do zgrzewarki lub odbiera gotowe pakiety z tunelu obkurczającego.

Przegląd rynku i możliwości techniczne czołowych producentów

Rynek robotyki współpracującej zdominowało kilku głównych graczy. Każdy z nich oferuje specyficzne parametry udźwigu i zasięgu. Universal Robots to lider rynku z ponad 100 000 wdrożonych jednostek. Modele takie jak UR30 oferują udźwig do 35 kg. Wersje UR10e i UR20 zapewniają zasięg sięgający 1750 mm. Maszyny te charakteryzują się powtarzalnością na poziomie +/- 0.03 mm (30 mikronów). Pozwala to na ich wykorzystanie w precyzyjnych zadaniach kontroli jakości.

Firma FANUC dostarcza serie CR oraz CRX. Modele tego producenta wyróżniają się największym zakresem udźwigu od 5 do 50 kg oraz zasięgiem od 944 do 1889 mm. Z kolei ABB produkuje popularne serie YuMi, GoFa oraz SWIFTI. Znajdują one zastosowanie w montażu drobnych elementów. Na rynku dostępne są również rozwiązania budżetowe. Producent igus oferuje model ReBeL wykonany z wysokowytrzymałych tworzyw sztucznych. Waży on zaledwie 8 kg. Warto również wspomnieć o firmie VEICHI i ich serii VC-TCR, a także o modelu LBR iisy od firmy KUKA.

Wybór odpowiedniego modelu zależy od specyfiki zadania. Paletyzacja ciężkich worków wymaga maszyn o dużym udźwigu. Obsługa maszyn CNC lub montaż elektroniki faworyzuje mniejsze, szybsze jednostki o wysokiej precyzji.

Koszty wdrożenia i całkowity koszt posiadania (TCO)

Cena samego ramienia robota to tylko część całkowitego kosztu posiadania (TCO). Standardowe roboty współpracujące kosztują od 100 000 do 170 000 PLN. Istnieją jednak opcje niskobudżetowe. Ceny modelu igus ReBeL zaczynają się już od 25 844 PLN. Pełne wdrożenie wymaga zakupu dodatkowego osprzętu. Chwytaki, systemy wizyjne, oprogramowanie narzędziowe oraz podstawy montażowe mogą stanowić od 20 do 40 procent wartości całej inwestycji.

Koszty operacyjne obejmują zużycie energii elektrycznej oraz regularne przeglądy. Producenci tacy jak FANUC projektują swoje maszyny z myślą o minimalizacji tych wydatków. Seria CRX może pracować nawet przez 8 lat bez konieczności przeprowadzania pełnego przeglądu konserwacyjnego.

Serwis i utrzymanie ruchu

Niezawodność sprzętu zależy od profesjonalnego serwisu. Poli-Prof świadczy kompleksowe usługi wsparcia technicznego. Oferujemy diagnostykę Modem 4.0 oraz autoryzowany serwis maszyn marki Imbal Stock. Regularne pakiety przeglądów zapobiegają nieplanowanym przestojom. Jeśli planujesz automatyzację swojego zakładu, kontakt z naszym doradcą pozwoli na dokładne oszacowanie kosztów TCO dla Twojej specyficznej aplikacji.

Metody programowania i interfejsy sterujące

Główną zaletą cobotów jest łatwość ich programowania. Tradycyjne roboty wymagają znajomości skomplikowanych języków skryptowych. Roboty współpracujące wykorzystują intuicyjne interfejsy graficzne. Oprogramowanie PolyScope X stosowane przez Universal Robots oraz Wizard Easy Programming od ABB opierają się na metodzie przeciągnij i upuść. Operator układa bloki logiczne na ekranie dotykowym. Tworzy w ten sposób sekwencję ruchów bez pisania ani jednej linijki kodu.

Najszybszą metodą konfiguracji jest Direct Teaching, czyli bezpośrednie nauczanie. Operator chwyta ramię robota, zwalnia hamulce przegubów i ręcznie przesuwa narzędzie do punktu pobrania detalu. Następnie zapisuje tę pozycję w panelu sterowania. Badania opublikowane w Scientific Reports wskazują, że zastosowanie algorytmów predykcyjnych w programowaniu cobotów skraca czas operacji o ponad 10 procent. Redukuje to również długość ścieżki robota o średnio 9,6 procent. Optymalizacja trajektorii bezpośrednio przekłada się na krótszy czas cyklu i mniejsze zużycie przegubów.

Wymogi bezpieczeństwa i ocena ryzyka według ISO/TS 15066

Brak fizycznych wygrodzeń nie oznacza braku procedur bezpieczeństwa. Każda aplikacja zrobotyzowana musi przejść rygorystyczną ocenę ryzyka przed oddaniem do użytku. Specyfikacja techniczna ISO/TS 15066 definiuje cztery metody bezpiecznej współpracy. Są to wygrodzenie z monitorowaniem bezpieczeństwa, prowadzenie ręczne, monitorowanie prędkości i odległości oraz ograniczenie mocy i siły.

Największe zagrożenie w aplikacji zrobotyzowanej rzadko stanowi samo ramię robota. Zazwyczaj najniebezpieczniejszym elementem jest chwytak oraz sam przenoszony detal. Ostre krawędzie produktu lub duża siła zacisku szczęk mogą spowodować uraz nawet przy niewielkiej prędkości ruchu. Analizy interdyscyplinarne opublikowane w PLOS One potwierdzają, że fizyczna współpraca z robotem wymaga precyzyjnego dostosowania parametrów siły do biomechanicznych limitów ludzkiego ciała. Ocena ryzyka musi uwzględniać wszystkie możliwe scenariusze kontaktu. Obejmuje to uderzenia swobodne oraz przygniecenia.

Zastosowanie cobotów w procesach pakowania i paletyzacji

Końcówka linii produkcyjnej to naturalne środowisko pracy dla cobotów. Maszyny te doskonale radzą sobie z pobieraniem produktów z przenośnika i umieszczaniem ich w kartonach zbiorczych. Wymaga to synchronizacji z innymi urządzeniami. Cobot może współpracować z systemami takimi jak automatyczne formiarki pudeł. Pobiera uformowany karton, wypełnia go towarem, a następnie przekazuje do stacji, gdzie pracują zaklejarki do kartonów.

W procesach paletyzacji roboty współpracujące o większym udźwigu układają gotowe kartony na paletach. Po ułożeniu pełnej warstwy ładunek musi zostać zabezpieczony. W tym celu stosuje się taśmy polipropylenowe PP lub folie stretch. Zintegrowana owijarka do palet folią stretch automatycznie zabezpiecza przygotowaną przez robota paletę. Przygotowuje ją w ten sposób do bezpiecznego transportu.

Specjalistyczne aplikacje w branży spożywczej i chemicznej

Branża spożywcza narzuca surowe rygory sanitarne. Producenci tacy jak FANUC oferują specjalistyczne wersje cobotów przeznaczone do kontaktu z żywnością. Maszyny te są smarowane smarem spożywczym klasy NSF-H1. Pokrywa się je białą farbą epoksydową i wyposaża w powłoki odporne na rdzę oraz agresywne środki chemiczne używane podczas mycia linii produkcyjnych. Taka konstrukcja zapobiega zanieczyszczeniu produktów. Spełnia normy higieniczne wymagane w zakładach przetwórstwa mięsnego czy mleczarskiego.

Obliczanie zwrotu z inwestycji (ROI) w polskich przedsiębiorstwach

Obliczenie zwrotu z inwestycji wymaga uwzględnienia kilku zmiennych. Należy zsumować koszty zakupu robota, chwytaków, integracji, szkoleń oraz modyfikacji stanowiska pracy. Następnie zestawia się je z oszczędnościami wynikającymi z redukcji kosztów pracy, zmniejszenia ilości odpadów materiałowych oraz wzrostu przepustowości linii. Coboty pracują ze stałą wydajnością przez całą zmianę. Nie wymagają przerw i eliminują błędy ludzkie wynikające ze zmęczenia. W wielu polskich zakładach produkcyjnych czas zwrotu z inwestycji zamyka się w przedziale od 10 do 14 miesięcy. Właściwie zaplanowana aplikacja pozwala na szybkie osiągnięcie progu rentowności.

Często zadawane pytania (FAQ)

Czy roboty współpracujące mogą pracować bez nadzoru człowieka?

Tak. Po odpowiednim zaprogramowaniu i przeprowadzeniu oceny ryzyka coboty mogą wykonywać powtarzalne zadania całkowicie autonomicznie.

Jakie branże najczęściej inwestują w coboty?

Największe zapotrzebowanie zgłasza branża spożywcza, logistyczna, meblarska oraz chemiczna. Wynika to z dużej liczby procesów pakowania i paletyzacji.

Czy do obsługi cobota potrzebny jest programista?

Nie. Nowoczesne interfejsy graficzne i funkcja ręcznego prowadzenia ramienia pozwalają na konfigurację maszyny przez operatorów bez doświadczenia w programowaniu.

Podsumowanie i kolejne kroki w automatyzacji

Roboty współpracujące to sprawdzone narzędzia. Stabilizują one procesy produkcyjne i rozwiązują problemy z brakami kadrowymi na stanowiskach monotonnych. Wybór odpowiedniego modelu, zaplanowanie bezpiecznej przestrzeni roboczej oraz integracja z maszynami pakującymi wymagają wiedzy inżynierskiej. Damian Walentrzak, ekspert ds. maszyn pakujących, pomaga polskim przedsiębiorstwom w doborze optymalnych technologii. Zapraszamy do zapoznania się z pełną ofertą na stronie informacje o firmie Poli-Prof i umówienia bezpłatnego audytu procesu pakowania w Twoim zakładzie. Wdrożenie innowacji, jakimi są roboty współpracujące, to inwestycja w stabilną przyszłość firmy.