Paletteringsrobot öppnar nya marknader

Paletteringsrobot öppnar nya marknader För att möta målen på återbetalning av investeringar inom exempelvis matvaruindustrin har ABB Flexible Automation lanserat en ny paletteringsrobot, FlexPalletizer IRB 640. Utmärkande för robotsystemet är den höga paletteringskapaciteten, upp till 1200 cykler/timme, hanteringskapaciteten på 160 kg och nya RobotWare-produkter, som ytterligare ökar produktiviteten. Med en av dem, PalletWizard, kan bl a ett nytt paletteringsprogram skapas off-line, medan roboten är fullt sysselsatt med att palettera t ex i lådor på lastpallar. F lexpalletizer med sin karaktäristiska böjda överarm med lätthål och länksystem är mycket lätt att känna igen. Den har fyra axlar, där den fjärde axelns vridskiva hålls parallellt med horisontalplanet 1. Detta sker med hjälp av ett länksystem enligt samma princip som finns på en vanlig typ av skrivbordslampa. Den nya roboten IRB 640 för paletteringsarbeten har konstruerats med speciell tanke på exempelvis konsumentvaruindustrin, där timlönen ofta endast är 50 % jämfört med bilindustrin. Vid utvecklingen av det nya robotsystemet IRB 640 har följande områden prioriterats: Drastisk sänkning av investeringskostnaden med en enklare 4-axlig robot, som kan anpassas exakt till sina speciella arbetsuppgifter, samt en del ytterligare övergripande egenskaper, som sänker kostnaderna avsevärt. Ökad produktivitet, förbättrade cykeltider och ökad hanteringskapacitet, 25 30 %, jämfört med tidigare robotvarianter. Genom PalletWare och PalletWizard förenklas programmeringen av paletteringsmönster på lastpallen och ut- förs nu på avsevärt kortare tid än tidigare. Med PalletWizard kan man göra mönsterprogrammen off-line på en separat PC, varefter de laddas in i robotens styrskåp. Under tiden arbetar roboten kontinuerligt enligt det ursprungliga paletteringsprogrammet. Eftersom FlexPalletizer huvudsakligen är baserad på komponenter från den välbeprövade IRB 6400-serien, bibehålls samma höga tillgänglighet på upp till 99 % som tidigare. Tack vare sin kompakta konstruktion kan roboten arbeta även i utrymmen med låg takhöjd. Genom sin mångsidighet kan den lätt och till låga kostnader anpassas till nya arbetsuppgifter. Eric Hemmingson Håkan Brantmark ABB Robotics Products Hög produktivitet och stor räckvidd Med en snabbhet av upp till 1200 cykler/h och en hanteringskapacitet på 160 kg har roboten idag marknadens bästa paletteringsprestanda. Därtill kommer dess stora effektiva lastområde, som täcker en pall 1,20 x 1,25 m, upp till 2,10 m högt, inom hela varvet (360º) för axel 1 2. På grund av sin kompakta konstruktion är roboten bara ca 2,20 m hög, då överarmen är horisontell. Vid maximal utvinkling av underarmen bakåt, lämnas det effektiva lastområdet också helt fritt, inom hela varvet för axel 1. Dessa två egenskaper gör att roboten blir mycket utrymmessnål och klarar att arbeta under låg takhöjd. En uppmätt paletteringscykel, som är 400 mm upp, 2000 mm horisontellt, 400 mm ned från A till D och tillbaka igen, klaras inom 3 sekunder. Tack vare funktionen TrueMove följer roboten den inprogrammerade banan oavsett vilken hastighet som väljs. Genom att ange t ex radien vid hörnzonerna, vertikal och horisontell förflyttning, definieras robotens bana. Hög tillgänglighet och säkerhet samt enkel övervakning Genom att FlexPalletizer huvudsakligen är baserad på komponenter från den välbeprövade IRB 6400-serien, bibehålls samma höga tillgänglighet som tidigare. Användarens säkerhet är särskilt beaktad vid utformningen av ett tvåkanaligt säkerhetssystem med statussignaler för båda kanalerna, lätt åtkomliga nödstoppsknappar och 3-läges hålldon. Robotens övervakningssystem innehåller flera generella funktioner för övervakning av produktion och programkörning. Sådana är t ex omfattande säkerhetsfunktioner, inbyggd felhantering för att underlätta automatisk återstart efter ABB Tidning 4/1998 17

som numera har sex frihetsaxlar. Lastning av t ex lådor på pall sker parallellt med horisontalplanet; då behövs ingen vridfunktion av överarmen eller böjfunktion av handleden. Därför har axel 4 och 5 tagits bort, och vridfunktionen av handleden har ersatts med ett länksystem, som håller handledsmotorns vridskiva parallell med horisontalplanet, i hela robotens arbetsområde 2, 3. Luft- och signalanslutningar för gripdon finns dragna ända fram till den 4:de axeln för gripdonen. Roboten är dessutom förberedd för installation av ytterligare vacuumutrustning, för gripdon, som pump och slangar. IRB 640 FlexPalletizer. Ett länksystem håller handleden parallell med horisontalplanet och ersätter därmed den komplicerade bakåtböjningen och vridandet av handleden. fel och möjlighet att ansluta central dator för övervakning under drift. Vidare finns ytterligare möjligheter för paletteringsroboten att via programmeringslådan ha full kontroll över och status på olika pågående jobb genom flera nyutvecklade skräddarsydda operatörsfönster. Med olika dialoger kan operatören välja produkt, paletteringscykler och även lämpliga manuella åtgärder vid uppkomna fel. FlexPalletizer har förenklats i jämförelse med de konventionella armrobotarna, 1 Optimerad för palettering FlexPalletizer IRB 640 är avsedd för palettering av lådor, tråg, säckar och backar inom bl a livsmedels- och bryggeriindustrin. Den är dessutom mycket lämplig för depalettering/palettering 4, dvs när kunden från redan paletterade lastpallar med en sorts produkt vill åstadkomma anpassad pall med flera olika produkter på samma pall. 5 visar en applikation för palettering i slutet av linjen. Här matar FlexPalletizer ett rullband med säckar för palettering och även ett magasin för pallar och mellanlägg. Dessutom finns en transportbana för färdigpackade pallar. 18 ABB Tidning 4/1998

Med bibehållande av de extremt höga produktionsprestanda ovan kan systemet palettera i upp till fem pallstationer, från fyra olika inmatningsbanor för produkter upp till 2,10 m i höjd. Samtidigt har stor vikt lagts vid att göra roboten så kompakt och utrymmessnål som möjligt. Effektivare packning av produkter i lådor, askar och tråg, är en annan intressant tillämpning för konsumentvaruindustrin för att ytterligare höja konkurrenskraften. Här kan bl a mycket snabba, seende robotar vara en lösning. Snabb återbetalning av investeringskostnaderna På grund av robotens stora arbetsområde och höga lastkapacitet kan den lätt installeras i en mängd olika industrilayouter, där kraven på konkurrenskraft är höga och där låga investeringskostnader eftersträvas för att uppnå lönsamhet. Arbetslönerna inom exempelvis livsmedelsindustrin är låga och ibland lägre än en bilarbetares. Det innebär bl a att investeringsnivån på automationsutrustningar måste hållas avsevärt lägre än hos biltillverkarna. Detta gör i sin tur att konsumentvaruindustrin behöver specifika robotar för att öka sin konkurrenskraft. Genom en kombination av FlexPalletizers mångsidighet, höga prestanda, utmärkta tillgänglighet och standardisering, även av kompletta paletteringsstationer, är det möjligt att möta livsmedelstillverkarnas mål på återbetalning av investeringarna mer realistiskt. Roboten hanterar inte bara tunga lådor, säckar och backar på ett effektivt sätt, den minimerar också risken för onda ryggar förknippade med manuell lasthantering på pallar. S4C det framgångsrika robotstyrsystemet Robotens hjärna, dvs styrsystemet med nyutvecklad programmeringsenhet och sitt robotspråk RAPID, är baserad på det nya styrsystemet S4C 6 [1] som numera används i alla ABB-robotar. Detta styrsystem utmärks av flera tekniskt avancerade lösningar, men dess främsta syfte har varit att reducera storlek och kostnad och samtidigt öka kvalitet och flexibilitet. Som teknisk styrka kan nämnas: R 2905 1170 R 760 Dator och kommunikation Systemet bygger på egenutvecklade datorkort med flera mikrodatorer för optimal prestanda. För kommunikation används snabba seriella länkar, t ex Ethernet mot andra datorer eller CAN-buss mot distribuerade I/O-enheter. Programmeringsenhet Systemets alla funktioner ligger åtkomliga via en lätt och smidig bärbar programmeringsenhet. Trots ett fåtal knappar kan även de mest avancerade funktioner programmeras och styras. Operatören arbetar i olika fönster med menyer och funktionsknappar. Arbetsområdet av FlexPalletizer har en radie i horisontellt plan på 2,9 m och i vertikalt plan på 2,3 m. Den kompakta konstruktionen av IRB 640 är en extra fördel i trånga utrymmen med låg takhöjd. Roboten följer sin programmerade bana med stor precision. 2177 900 1220 1200 1200 70 2100 599 2909 1250 2 ABB Tidning 4/1998 19

Robotens uppgift är att först hämta en tom pall från pallstacken, lägga den på A 3 Programmering För att öka produktiviteten och förenkla programmeringen har ABB utvecklat speciella mjukvaruprodukter, som t ex PalletWare och PalletWizard. Med dessa verktyg kan nya program skapas och existerande program modifieras off-line på en konventionell PC. Roboten kan ostörd arbeta vidare. För programmeringen krävs inga specialkunskaper, utan programmeraren behöver endast vara förtrogen med en vanlig PC och dess fönsterteknik. A 2 A 6 FlexPalletizer behöver endast fyra axlar (A1, A2, A3, A6). Förenklingen betyder kostnadsbesparingar såväl vid installation som drift. Stort lastområde och hög hanteringskapacitet, upp till 160 kg och 1200 cykler/timme, är betecknande för detta robotsystem. A 1 Rörelsestyrning Den mest väsentliga egenskapen för en robot är måhända en optimerad och avancerad rörelsestyrning, då detta direkt påverkar cykeltider och processnoggrannhet. ABBs robotar har här en världsledande roll i en unik kombination av snabbhet och noggrannhet. PalletWare En typisk robotcell för palettering kan bestå av en FlexPalletizer IRB640, upp till fem olika pallstationer och tillförselbanor och ett antal s k stackar med tomma pallar eller mellanlägg 7. 3 en pallstation och sedan hämta produkter från tillförselbanorna och placera dessa i lager med förutbestämda mönster. Mellan varje lager kan mellanlägg placeras för att stabilisera stapeln av produkter. Stapeln kan även stabiliseras genom att utnyttja olika mönster för de olika lagren så att dessa låser varandra. PalletWare är den helt nya processprogramvaran för palettering. Den styr roboten under drift och kan ses som ett applikationsskal som utnyttjar robotens generella egenskaper. Det är således utvecklat helt och hållet i RAPID, det normala programspråket för en ABB-robot. Följande fyra egenskaper har fullt implementerats i robotens funktioner: Flexibilitet: Det skall vara enkelt att ställa om paletteringsstationen för hämtning av produkter från olika tillförselbanor, för stapling på olika stationer eller för hantering av många olika produkter. Tolerans: Förmågan till anpassning för variationer under drift, som olika produktdimensioner. Prestanda: Mjukvaran måste kunna garantera snabbhet och korta cykeltider. Anpassningsförmåga: Kravet på snabb och tillförlitlig utveckling samt leverans av skräddarsydda kompletta paletteringsceller måste tillgodoses. PalletWare arbetar inte, till skillnad från de flesta robotprogram, med fast programmerade positioner. I stället för positioner anges här endast läget på de olika stationerna, dvs för införselbanor och pallar, varpå programmet självt, under drift, beräknar verkliga positioner för att hämta och placera de olika produkterna. För detta behövs ett antal förberäknade data som t ex anger antal lager på en pall, vilket mönster som skall användas i varje lager samt hur de olika hämta- och lämna-operationerna skall gå till. Dessa 20 ABB Tidning 4/1998

data kan visserligen ställas samman manuellt, men den bärande tanken med PalletWare är att den skall användas tillsammans med ett helt nytt programverktyg, PalletWizard. PalletWizard ett nytt programmeringsverktyg PalletWizard är hjälpmedlet som tillåter programmeraren att i sin PC skapa alla data som behövs för att styra roboten i en ny paletteringsuppgift. Ingen programmering vid roboten behövs, utan all relevant information skapas med hjälp av PalletWizard i form av RAPID-moduler som kan laddas in i robotens styrsystem. Detta kan ske med diskett eller via nätverk. Förutsättningen för detta är dock ett förberedande arbete på arbetsplatsen, där t ex läget på de olika stationerna har mätts upp och de verktyg som skall användas har kalibrerats. Vidare måste ett antal så kallade användarrutiner programmeras för kommunikation med omvärlden, dvs med den utrustning som skall sköta tillförsel av produkter och bortförsel av färdiga pallar. Då detta är gjort kan sedan all omprogrammering av cellen, med avseende på nya produkter, nya pallmönster och lager eller nya kombinationer av pallstationer och tillförselbanor, ske helt och hållet med PalletWizard. Då PalletWizard öppnas visas fem olika fönster, som alla representerar ett viktigt moment i processen 8. Systemet FlexPalletizer lastar en pall från tre olika matningar. Roboten servar också paletteringsmagasin och mellanlägg. Den färdiga pallen rullas automatiskt ut med rullbanan. I det övre vänstra fönstret visas en lista med alla ingående stationer inklusive roboten själv och dess verktyg. Cellen kan enkelt utvidgas med nya pallstationer, tillförselbanor och stackar. För varje station kan olika egenskaper anges, t ex största höjd eller vilken användarrutin som skall användas då roboten går in till eller lämnar stationen. För de olika verktygen kan anges vilka och hur många produkter som skall gripas, samt vilka gripzoner som skall användas. I det nedre vänstra fönstret visas en lista med de olika produkter som roboten skall kunna hantera, inklusive tomma En transportbana med säckar hanteras av systemet såväl som magasin och mellanlägg. Dessutom finns en transportbana för färdigpackade pallar. 4 5 Viktigt operatörsgränssnitt Centrumfönstret visar en stiliserad bild av en robotcell med robot, tre pallstationer, tre tillförselbanor och en stack för tomma pallar 8. Denna konfiguration kan enkelt ändras genom att stationer läggs till eller tas bort eller flyttas om. Genom att klicka på de olika stationerna visas fönster där egenskaperna för de olika stationerna kan ändras. ABB Tidning 4/1998 21

pallar och mellanlägg. För varje produkt anges dimensioner, vilka sidor som har etikett, vilken hastighet roboten skall ha vid hanteringen och hur roboten skall hämta och lämna produkten via s k tillfarts- och reträttpunkter. I det nedre högra fönstret anges de användarrutiner som kan anropas i olika faser av paletteringscykeln. Exempelvis kan en speciell rutin anropas då roboten har plockat produkter från tillförselbanan och är på väg upp. I denna rutin kan dels en test utföras, med hjälp av en sensor, på att alla produkter har plockats, dels kan en order skickas till tillförselutrustningen att nya produkter skall matas in. Dessa rutiner måste anpassas till varje installation som är unik. Det övre högra fönstret används för manövrer i samband med peletteringscykeln. Styrsystemet S4C hanteras fullt ut av ett Windows-baserad gränssnitt och den nya programmeringsenheten. En typisk paletteringscell med tre tillförselbanor och tre pallstationer. Maximalt kan vardera fem tillförselbanor och pallstationer hanteras samt ett antal stackar med tomma pallar och mellanlägg. 6 7 Paletteringscykler och pallkomposition Varje komplett hantering av en pall, dvs att hämta tom pall, att fylla den med flera lager med produkter och mellanlägg, och att slutligen eventuellt täcka med ett skydd, utgör en komplett palettcykel. Roboten kan samtidigt arbeta med flera sådana cykler, vilket innebär att roboten växelvis arbetar med än den ena pallen och än med den andra. Varje gång görs en hämta/lämna-operation klar innan roboten servar nästa pall. Varje sådan cykel kan byggas upp och definieras i palettcykelvyn. Den består normalt av flera lager med olika produkter, där i sin tur varje lager byggs upp med ett specifikt mönster. Inom ett lager och dess mönster kan sedan för varje plats anges hur produkten skall placeras och hur den skall vändas. Det är även möjligt att ange hur många produkter roboten skall plocka åt gången och om dessa skall placeras en och en eller flera på en gång. Inom palettcykelvyn finns speciella 22 ABB Tidning 4/1998

Fem fönster visas på skärmen när PelletWizard startas. I mitten syns arbetscellen med ikoner för tre pallstationer, 8 De olika lagren i en pall. Det är fullt möjligt att lagren skiljer sig åt. Färger tre tillförselbanor och en stack för tomma pallar. anger vilka lager som skiljer och vilka som är lika. Även roboten visas med en ikon. 9 vyer för definition av pallen med dess olika lager, för att ange mönster och för att ange hämta/lämna operationerna. I vyn över pallens komposition visas en komplett pall med dess olika lager. Här är det möjligt att komponera en ny uppsättning av lager, med antal och ordning mellan de olika lagren. De olika lagren visas med färger för enkel identifikation 9. Det går även att ange hur stapeln av produkter skall placeras på pallen, centrerat eller längs med någon av kanterna, samt förstås vilken pallstation som gäller. Mönsterdefinition För varje lager är det sedan möjligt att bygga upp ett godtyckligt mönster, baserat på den produkt som skall placeras i lagret. I vyn visas från början en tom pall. Normalt läggs ett antal vertikala och horisontella referenslinjer, som skall utgöra fasta stödlinjer för placering av produkterna. Därefter väljs ett linjepar, horisontellt och vertikalt, varpå en eller flera produkter kan placeras relativt dessa linjer. Med knappar i nederkanten av bildskärmen kan placeringen justeras i x- eller y-led. Med andra knappar kan pro- dukterna också vridas och vändas till önskad position 10. Genom att välja olika referenslinjer för olika produkter i pallen kan utrymmen skapas mellan produkterna, som tillåter att produktens dimensioner ändras under drift, utan risk för överlapp. För att underlätta för användaren kan sk förutbestämda mönster användas, vilka då automatiskt anpassas till den aktuella produktens dimensioner. Hämta/lämna-vy Som tidigare nämnts måste för varje produkt anges hur den skall hämtas och lämnas. Varje produkt hämtas enskilt eller som del i en grupp, och varje sådan grupp kan placeras antingen i en enda operation eller uppdelat. I det senare fallet kan roboten t ex först placera två produkter, som skall vara bredvid varandra, och sedan placera den tredje på en annan plats. Exakt hur detta skall ske anges i hämta/lämna-vyn. I den stiliserade vyn visas en tillförselbana till vänster med dess rullar och i detta fall två produkter som skall plockas i en grupp markerad med en sammanbindande cirkel 11. I mitten visas pallen med dess möns- ter. Som synes har lagret med dess nio produkter delats upp på sex grupper, tre med vardera en och tre med vardera två produkter. De kan alltså hämtas och lämnas i sex operationer, där de tre första hanterar en produkt åt gången och de tre sista två åt gången. Dessa sex hämta/lämna-cykler finns listade i det högra fönstret, där varje cykel anges med en hämta-operation och en lämnaoperation. Observera hur orienteringen kan väljas så att sidan med etikett och röd kant kan placeras i önskad riktning. Generering och körning av programkod Då de kompletta paletteringscyklerna angetts enligt ovan och cellen är definierad med alla sina komponenter, genereras datamoduler för inmatning i robotsystemet. Dessa moduler kan lagras på diskett för inläsning, eller skickas via nätverk direkt till anslutet system. På roboten kan sedan de genererade datamodulerna användas direkt för de nya mönster eller produkter som angetts, under förutsättning förstås att cellen är riktigt uppmätt och kalibrerad, som angetts ovan. Under drift kan ope- ABB Tidning 4/1998 23

Placering av detaljer relativt linjeparen ändras med knappar i x- och y-led. Produkterna kan också vridas till önskat läge. 10 Tillförselbanan med produkter för plockning samt 11 pallen med mönster för läggning. Produkter för plockning i grupp markeras med en cirkel. ratören, med hjälp av programmeringsenheten, ändra dimensionerna på produkterna om dessa varierar efter hand, varvid systemet automatiskt kompenserar för detta i det lagda mönstret. Sammanfattning Robotar för palettering har många automationsfördelar jämfört med andra tekniker. En robot är t ex mer mångsidig än någon annan automation, ryktet om dess höga tillförlitlighet har besannats, vilket återförsäljningsvärdet på ca 65 % av inköpspriset efter tre år i drift borgar för. Ytterligare fördelar med robotiserad automation av paletteringen är den förbättrade produktionskapaciteten och kvaliteten på färdig pall. Varor i arbete minskar liksom stillestånden. Faktorer som är svåra att bortse från är förbättring av arbetsmiljön med avseende på hälsa och säkerhet för operatörer, flexibel hantering av mångskiftande produkter på olika linjer, reducering av produktskador och nivåhöjning av arbetsinnehållet för arbetsstyrkan. Till detta kommer att ABB Flexible Automation också erbjuder standardiserad kringutrustning för kompletta paletteringsstationer, FlexPalletizer System, som t ex gripdon och inbanor för produkter, utbanor för färdiga pallar, magasin för pallar och mellanlägg samt skyddsstaket. Detta bidrar ytterligare till sänkta investeringskostnader vid robotisering av system för hantering av lastpallar och produkter. Referens [1] Hemmingson, E.; Ellqvist, S.; Pauwels, J.: Ny kompaktrobot förbättrar produktiviteten vid punktsvetsning. ABB Tidning 3/96, 4 9. Författarnas adress Eric Hemmingson Håkan Brantmark ABB Robotics Products AB S-721 68 Västerås Fax: +46 (0) 21 34 41 87 E-mail: eric.hemmingson@serop.mail.abb.com hakan.brantmark@serop.mail.abb.com 24 ABB Tidning 4/1998