Automatyzacja po japońsku: integracja cobotów z balanserami
Universal RobotsW zakładzie Tōchita (fabryka 703) w mieście Handa Toyota Industries Corporation zidentyfikowała problem związany z obsługą surowców stosowanych w produkcji silników. Ciężkie elementy były przenoszone ręcznie z użyciem wciągników i prostych urządzeń podnoszących. Proces wiązał się z dużym obciążeniem fizycznym dla operatorów, ryzykiem upuszczenia materiałów oraz koniecznością wzywania pracowników do wykonywania nieregularnych zadań, co generowało straty czasowe i dezorganizację pracy.
Celem projektu było opracowanie systemu automatyzacji wprowadzania surowców, który jednocześnie poprawiłby ergonomię, zwiększył bezpieczeństwo i pozwolił na skalowalne wdrożenie w innych procesach.
Koncepcja rozwiązania: synergia robota UR i balansera
Zespół inżynierski zdecydował się połączyć robota współpracującego Universal Robots (UR) z balanserem mechanicznym. W tej konfiguracji balanser przejmuje część ciężaru i stabilizuje obciążenie, natomiast robot UR odpowiada za sterowanie precyzyjnym ruchem, adaptację do zmiennego środowiska oraz kontrolę siły. Takie podejście umożliwiło połączenie nośności urządzeń podnoszących z elastycznością robota współpracującego, przy jednoczesnym ograniczeniu konieczności stosowania rozbudowanych i kosztownych instalacji.
Najważniejsze trudności dotyczyły oscylacji obciążenia, które pojawiały się w momencie połączenia ramienia robota z balanserem. Drgania i wahania mogły wpływać na stabilność pracy, jednak problem udało się wyeliminować dzięki optymalizacji parametrów robota UR, takich jak prędkość i przyspieszenie, a także poprzez dostosowanie ustawień obciążenia, środka ciężkości i bezwładności.
Kolejnym wyzwaniem były wahania ciągu balansera. W tradycyjnym trybie sterowania położeniem mogły one powodować zatrzymania zabezpieczające, dlatego zastosowano tryb siły, który pozwala robotowi reagować elastycznie na zmieniające się warunki i utrzymywać stabilny transport.
Trzeci problem dotyczył bezpieczeństwa w ograniczonej przestrzeni produkcyjnej. Instalacja musiała być kompaktowa i nie ingerować w układ hali. Z tego względu zastosowano minimalne ogrodzenia ochronne, a dodatkowe zabezpieczenie zapewniają skanery laserowe, które zatrzymują system w przypadku naruszenia strefy pracy.
Ponieważ surowce były przechowywane w stosach, konieczne było wdrożenie mechanizmu losowego pobierania. Toyota współpracowała z partnerem technologicznym przy budowie systemu wizyjnego, który umożliwia robotowi rozpoznawanie pozycji materiałów i adaptację ruchów. Kamery, w połączeniu z trybem siły, pozwalają na płynne i precyzyjne wprowadzanie narzędzi robota do elementów, minimalizując ryzyko kolizji.
Strategia rozwoju: automatyzacja krok po kroku
Po zakończeniu implementacji udało się znacząco skrócić czas pracy związany z obsługą surowców, a także zmniejszyć obciążenie fizyczne operatorów poprzez eliminację ręcznego podnoszenia. Bezpieczeństwo pracy poprawiło się dzięki zastosowaniu trybu siły, skanerów i kompaktowych ogrodzeń ochronnych. Dodatkową zaletą systemu okazała się jego niewielka przestrzenność – nie wymaga on rozbudowanej infrastruktury, co pozwala na łatwą integrację z istniejącą halą.
Rozwiązanie jest ponadto skalowalne i może być przenoszone na kolejne procesy. Jak zauważa Hideki Yamada, kierownik sekcji przetwarzania w dziale produkcji silników, w większości przypadków zautomatyzowane urządzenia wymagają rozbudowanych instalacji bezpieczeństwa, które zajmują dużo miejsca. W tym projekcie system pozostaje kompaktowy i bezpieczny, co stanowi jego dużą przewagę.
Toyota Industries Corporation planuje rozszerzenie koncepcji na inne obszary, w tym procesy podnoszenia silników czy transport materiałów z wykorzystaniem przenośników. Tatsuya Shimizu, kierownik grupy w dziale inżynierii produkcji, podkreśla znaczenie stopniowego podejścia. W jego opinii wdrożenie robota współpracującego w pierwszej kolejności, a następnie uczenie się w trakcie jego użytkowania i sukcesywne zwiększanie zakresu zadań, pozwala osiągnąć postęp w automatyzacji przy jednoczesnym ograniczeniu ryzyka i kosztów.
Wdrożenie z fabryki Tōchita pokazuje, że integracja istniejących narzędzi w nowy sposób może przynieść istotne korzyści technologiczne i organizacyjne. Połączenie balansera i robota współpracującego pozwoliło zwiększyć nośność, poprawić ergonomię oraz bezpieczeństwo pracy, przy jednoczesnym zachowaniu kompaktowej formy instalacji. Kluczowe znaczenie miały tutaj optymalizacja parametrów robota w specyficznych warunkach produkcyjnych, zastosowanie systemów wizyjnych i trybu siły, a także przemyślane podejście do bezpieczeństwa w ograniczonej przestrzeni. Toyota nie tylko usprawniła proces wprowadzania surowców, ale również wypracowała model automatyzacji, który można replikować w innych zakładach i branżach.
Universal Robots
Grzegorz Będkowski
e-mail: gbed@universal-robots.com
tel.: +48 736 985 977
Artykuł sponsorowany Universal Robots
