Zastosowanie cobotów w procesach wkręcania śrub w przemyśle
AdobeStrock – TranNgocW nowoczesnym przemyśle automatyzacja procesów montażowych staje się kluczowym elementem zwiększania wydajności produkcji. Szczególnie interesującym obszarem jest zastosowanie robotów współpracujących (cobotów) w procesach wkręcania śrub, co szczegółowo opisują Andreas Schunkert i Christoph Ryll w specjalistycznej książce "Kollaborative Roboterapplikationen" (tłum. „Aplikacje robotów współpracujących”). Technologia ta umożliwia odciążenie pracowników od monotonnych zadań przy jednoczesnym zapewnieniu wysokiej precyzji wykonania.
Dlaczego wkręcanie śrub to idealny proces dla cobotów?
Procesy wkręcania śrub są wszechobecne w montażu przemysłowym. Choć wiele takich czynności nadal wykonuje się ręcznie, to dla zapewnienia stałej i wysokiej jakości oraz możliwości śledzenia procesu, zadanie to powinno być realizowane przy pomocy inteligentnych narzędzi.
Wkręcanie śrub to proces w pełni zdefiniowany matematycznie. Znając skok gwintu śruby, można dokładnie określić liczbę obrotów potrzebnych do prawidłowego dokręcenia śruby. Inteligentne narzędzia wkręcające mogą monitorować moment dokręcenia, co zapewnia powtarzalność i możliwość pełnej kontroli jakości.
Przykład wdrożenia: montaż filtra powietrza
Ciekawym przykładem zastosowania cobotów jest montaż filtra powietrza do obudowy silnika w fabryce samochodowej. Proces ten polega na umieszczeniu obudowy na silniku, a następnie dokręceniu za pomocą inteligentnego narzędzia śrub zabezpieczonych przed wypadnięciem.
Proces ten można efektywnie podzielić na dwie części. Pierwsza, wykonywana przez człowieka, polega na umieszczeniu obudowy we właściwym położeniu. Druga, realizowana przez cobota, obejmuje dokręcenie trzech śrub. Taka współpraca pozwala robotowi odciążyć pracownika w połowie kroków potrzebnych do montażu, co umożliwia człowiekowi wykonanie innych zadań w zaoszczędzonym czasie.
Organizacja przestrzeni roboczej
Stanowisko pracy jest przestrzennie podzielone między operatora i cobota, jednak bez fizycznych barier. Człowiek znajduje się w przedniej części stanowiska, robot w tylnej, a w środku umieszczony jest wspólnie obsługiwany produkt.
Pracownik pobiera obudowę filtra, umieszcza ją na silniku i sprawdza, czy śruby zostały prawidłowo wprowadzone w otwory. Następnie aktywuje robota przyciskiem startowym. Robot podjeżdża do każdej śruby, ustawia swój efektor końcowy i wykonuje wstępny obrót dla poprawnego uchwycenia śruby. Następnie dokręca śrubę z monitorowaniem momentu obrotowego. Po zakończeniu procesu robot wraca do pozycji wyjściowej, a pracownik może w tym czasie wykonywać kolejne czynności.
Minimalizacja ryzyka
Główne zagrożenia w procesach wkręcania związane są z możliwością skaleczenia się śrubą w ruchu lub obracającymi się elementami narzędzia wkręcającego. Skutecznymi metodami minimalizowania tych zagrożeń są: przygotowanie śrub przez człowieka lub zastosowanie podajników, odpowiedni dobór typów śrub i bezpieczna orientacja narzędzia. Śruby maszynowe są bezpieczniejsze niż śruby do blachy czy drewna. Ponieważ śruby są często wkręcane z góry na dół, robot może trzymać je pionowo, co minimalizuje ryzyko kolizji z pracownikiem.
Sprawdza się również zastosowanie mechanizmów wysprzęglających, dzięki którym narzędzie w przypadku kolizji przesuwa się w dół. Ryzyko pochwycenia można dodatkowo ograniczyć przez zastosowanie tulei ochronnej wokół narzędzia. Wszystkie rozwiązania wymagają oceny ryzyka zgodnie z normą ISO TS 15066.
Korzyści z zastosowania cobotów
Implementacja cobotów w procesach wkręcania przynosi liczne korzyści. Następuje poprawa jakości i trwałości połączeń dzięki powtarzalnej sile dokręcania. System umożliwia również pełne śledzenie procesu poprzez dokumentowanie parametrów każdego połączenia.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Pracownicy są odciążeni od monotonnych czynności, co zmniejsza ryzyko urazów. Przedsiębiorstwo zyskuje na wydajności, gdyż operatorzy mogą wykonywać bardziej złożone zadania. Coboty zwiększają tym samym również elastyczność produkcji – można je bowiem stosunkowo łatwo i szybko przeprogramować do nowych zadań.
Wyzwania we wdrażaniu
Implementacja cobotów wiąże się z pewnymi wyzwaniami. Kluczowa jest odpowiednia konfiguracja narzędzi i efektorów końcowych. Istotne jest również programowanie procesów, które będzie uwzględniać różne scenariusze i sytuacje wyjątkowe.
Niezbędne są także szkolenia personelu, który musi nauczyć się obsługi nowych urządzeń i zmienić nawyki pracy. Wdrożenie cobotów, które mogą wprawdzie pracować w bliskim sąsiedztwie człowieka, często wymaga również dostosowania przestrzeni roboczej, co wiąże się z pewnymi nakładami inwestycyjnymi.
Przyszłość technologii
Rozwój technologii cobotów zmierza w kierunku zwiększenia ich autonomii i dokładności. W przyszłości zapewne upowszechnią się systemy integrujące roboty z zaawansowanym widzeniem maszynowym, co pozwoli na dokładniejsze lokalizowanie śrub bez ścisłego pozycjonowania elementów.
Postęp w dziedzinie bezpieczeństwa umożliwi też lepsze wykrywanie obecności człowieka w przestrzeni roboczej. Algorytmy uczenia maszynowego pozwolą na automatyczne dostosowywanie parametrów procesu, co przełoży się na wyższą jakość realizowanych procesów.
Coraz większą rolę odgrywać będzie również integracja cobotów z systemami zarządzania produkcją i mobilne coboty, które dodatkowo zwiększą elastyczność zastosowań.
Podsumowanie
Zastosowanie cobotów w procesach wkręcania stanowi przykład efektywnej współpracy człowiek-robot w nowoczesnym przemyśle. Dzięki odpowiedniemu podziałowi zadań i bezpieczeństwu przedsiębiorstwa mogą zwiększyć wydajność montażu przy jednoczesnej poprawie jakości pracy.
W miarę dążenia do większej personalizacji produktów przy zachowaniu masowej skali produkcji elastyczne rozwiązania automatyzacji będą zyskiwać na znaczeniu. Z uwagi na miniaturyzację komponentów i rosnące wymagania jakościowe, rola robotów współpracujących w procesach wkręcania będzie więc systematycznie wzrastać.
W tekście wykorzystano informacje z artykułu So lassen sich Cobots beim Schrauben einsetzen autorstwa Andreasa Schunkerta i Christopha Rylla, opublikowanego w elektrotechnik AUTOMATISIERUNG.
Wspomniane rozwiązania i innowacje zostaną zaprezentowane także na regionalnych targach SchraubTec Katowice 2025 (organizowanych przez Vogel Communications Group), które odbędą się 16.09.2025.
