DneÅ¡ní akcelerující doba klade nároky na zvyÅ¡ování rychlosti a výkonu nejen u linek a zařízení na vlastní výrobu obalů, ale i na další oblasti z logistiky balení, plnÄ›ní a skladování. Zatímco jeÅ¡tÄ› pÅ™ed desítkou let byly „hitem“ u výrobců automatické vykladaÄe s váleÄkovou tratí, které celé procesy výraznÄ› urychlily, dnes se zvláštÄ› u velkých výrobců setkáváme s plnou automatizací vÄetnÄ› robotizace. A byÅ¥ první roboty byly využívány pÅ™edevším v automobilovém průmyslu, dnes již tento výrobní segment není zdaleka jediný, kde je robotika využívána.

V obalové technice jsou roboty nejÄastÄ›ji využívány v balení a paletizaci. Hlavní výhodou inteligentního paletizaÄního robota je, že dokáže narovnat na palety lepenkové krabice, kartony s PET láhvemi a další podobné aplikace. To vÅ¡e pÅ™i různých velikostech balených objektů, v optimální kvalitÄ› a pÅ™i vysokém výkonu. Pohyb robota je ovládaný pomocí softwaru. Rozdíl mezi průmyslovými paletizátory a paletizaÄními roboty spoÄívá pÅ™edevším v různém rozsahu programovatelných poloh v jednom cyklu, pružnosti zmÄ›n v pracovním programu a adaptivních vlastnostech. Zatímco paletovací zařízení mají jednodušší řízení (zdvihová jednotka má menší poÄet poloh), roboty mají vyšší typ řídicího systému a na vÅ¡ech osách mají mezipolohy nebo i plynulý pohyb. V paletizaÄním zařízení spolu obvykle úÄinnÄ› spolupracují vÅ¡echny intralogistické komponenty systému, pÅ™edevším tedy úchopná ramena robotů, dopravní pásy, senzory a řídicí technika. Robot zjiÅ¡Å¥uje pomocí inteligentní digitální kamery pÅ™esnou polohu a velikost krabice. Software pÅ™evede sejmutý obraz na trojrozmÄ›rná data pro ovládání pohybu úchopné hlavice pÅ™esnÄ› podle polohy zboží.

Stacionární versus mobilní roboty
Podle schopnosti pohybu obecnÄ› rozliÅ¡ujeme roboty na stacionární a mobilní. Stacionární se nemohou pohybovat z místa na místo (tedy napÅ™. průmyslové manipulátory). Tento typ robotů lze programovat přímo i nepřímo. Přímé programování vychází z vedení robotova ramena a zadávání povelů z ovládacího panelu. Nepřímé programování vychází ze zadávání prostorové kÅ™ivky získané z výkresů. Mobilní robot se může pÅ™emísÅ¥ovat na urÄitá stanoviÅ¡tÄ› po urÄité dráze a tento proces vykonává automaticky. Musí být tedy opatÅ™en podvozkem, kterým je tento pohyb realizován. Podvozky mohou být kolové s různými hnacími i volnostními systémy (diferenciální, synchronní, trojkolový, Ackermanův a další typy podvozků), pásové nebo kráÄející. Pro pohon jsou využívány různé druhy elektromotorů: stejnosmÄ›rné, střídavé motory Äi servopohony. Jako pohony nejen k podvozku, ale i k dalším komponentům vÄetnÄ› řízení os bývají používány kompaktní bezobslužné AC servomotory. Tento typ pohonu se vyznaÄuje konstantním krouticím momentem, který vÅ¡ak vykazuje vysoký výkonový efekt a dynamiku.

Průmyslový robot ÄlovÄ›ka nepÅ™ipomíná…
Důležitým kritériem pro výbÄ›r průmyslového robota je tvar a velikost pracovního prostoru. Toto vymezení je dáno kinematikou zařízení, tedy kombinací rotaÄních a posuvných os v kartézských a cylindrických souÅ™adnicích. Tato kinematika může být sériová, hybridní nebo paralelní. Podle stupňů volnosti se vyrábÄ›jí až Å¡estiosé roboty. Dnes se již zaÄínají objevovat i sedmiosé, ale jsou spíše variantou Å¡estiosých uzpůsobených pro konkrétní aplikace. Tento typ robotů se používá hlavnÄ› ve svaÅ™ování, kdy je možno jít ramenem jakoby dovnitÅ™ prostoru. Typickým příkladem může být svaÅ™ování karoserií na nepřístupných místech.
Víceosé, tedy i šestiosé roboty se uplatňují zvláště v procesech balení, tedy jako vysokorychlostní roboty s paralelní kinematikou, která se u těchto robotů uplatňuje jak u prutů s pevnou délkou, tak i s délkou proměnnou.
PaletizaÄní roboty jsou obvykle konstruovány jako roboty se sériovou kinematikou a jsou ÄtyÅ™osé. Zvláštní charakteristikou paletovacích robotů je multifunkÄní konstrukce modulů k uchopení bÅ™emen (chapadel), jejichž princip ovlivňuje rozhodujícím způsobem výkonnost a flexibilitu robotů. Rozmanité tvary a rozmÄ›ry jednotek pÅ™epravního balení vyžadují jim pÅ™izpůsobená speciální chapadla, jimiž se manipulují zpravidla jednotlivé kusy. Výjimkou nejsou souÄasnÄ› ani skupiny více produktů.
Do chapadel je možno rovněž integrovat různé senzory k identifikaci obalů nebo k měření výšky paletových jednotek, ke kompenzaci odchylek a pÅ™izpůsobení poziÄnímu plánu. Chapadla jsou materiálovÄ› a konstrukÄnÄ› pÅ™izpůsobena přísluÅ¡ným produktům. Setkat se můžeme s chapadly ÄelisÅ¥ovými, vidlicovými, hákovými, jehlovými, vakuovými i magnetickými. Chapadlo hraje u robota jednu z nejdůležitÄ›jších rolí. Příkladem může být robot IRB 360 (ABB), kde nejde o klasického robota, u nÄ›jž bychom poÄítali poÄet os. Pohyb chapadla je složen z pohybů tří paralelních ramen, stÅ™edová tyÄ umožňuje rotaci.

Jak pracuje paletizaÄní robot
Jediná práce, která zbývá u plnÄ› automatizovaného pracoviÅ¡tÄ› na lidskou obsluhu, je zakládání palet a proložek do úložných míst. Robot následnÄ› pÅ™esune a uloží palety na místa paletizace na dopravníky (Äasto napÅ™. Å™etÄ›zové). Po přísunových dopravnících jsou dopraveny příÄnÄ› orientované kartony do vyÄkávací polohy. Po nahromadÄ›ní přísluÅ¡ného poÄtu kartonů jsou tyto kartony pomocí multifunkÄní hlavy uchopeny a pÅ™eneseny na paletu, kde jsou ukládány podle zvoleného schématu tvaru vrstvy. Pro zlepÅ¡ení stability kartonů na paletÄ› je možné použít proložení vrstvy papírovou proložkou. PlnÄ› naložené palety odjíždÄ›jí po Å™etÄ›zovém a váleÄkovém dopravníku do ovinovacího stroje. Zde je paleta ovinuta automaticky do průtažné fólie. Hotová paleta odjíždí po výstupním dopravníku a následnÄ› je odvezena do skladu hotových výrobků. V moderních skladových koncepcích pÅ™ebírají roboty Äasto i manipulaci s prázdnými paletami a další funkce, Äímž se náklady na periferní zařízení a potÅ™ebu plochy redukují. Další výhodou je i kompaktní konstrukce, která vyžaduje pro roboty malou plochu pro umístÄ›ní, robota lze i integrovat přímo do balicích linek.

Výrobců je dostatek
PÅ™estože od poÄátku rozvoje robotiky náleží prim v této oblasti Japonsku, i v EvropÄ› dnes najdeme celou Å™adu výrobců robotů. K nejvýznamnÄ›jším, aÅ¥ již se sériovou Äi paralelní kinematikou, se kterými se můžeme setkat na evropském kontinentu, patří firmy ABB, KUKA, Mitsubishi, FANUC Robotics, Energo robotic, Motoman robotec, Nachi a další.
K celosvÄ›tovÄ› nejvÄ›tším výrobcům robotů patří japonská spoleÄnost FANUC LTD (stoprocentní vlastník FANUC Robotics a 50 % vlastník GE Fanuc Automation).
Jako poboÄka FANUC Robotics Europe pro stÅ™ední a východní Evropu byla založena v září 2004 spoleÄnost FANUC Robotics Czech, s. r. o. Roboty FANUC mohou být využity prakticky pro vÅ¡echny aplikace od sestavování po svaÅ™ování a patří k nejspolehlivÄ›jším na svÄ›tÄ›.
S více než 200 000 roboty instalovanými po celém svÄ›tÄ› se stala spoleÄnost MOTOMAN dodavatelem s Å¡irokým výbÄ›rem robotů pro vÄ›tÅ¡inu aplikací a potÅ™eb. Pro paletizaci jsou využívány zvláštÄ› roboty Å™ady EPL (EPL80, EPL160, EPL300, EPL 500). Jedná se o vysoce výkonné vysokorychlostní ÄtyÅ™osé Äi pÄ
›tiosé (EPL80) roboty urÄené pro paletizaci s vnitÅ™nÄ› vedenou kabeláží a vzduchovým potrubím, což prakticky odstraňuje potíže s opotÅ™ebením kabelů a hadic.
ABB má velmi Å¡irokou nabídku robotické automatizace balení, která zahrnuje specializované roboty pro zvedání, balení a paletování. Velká pozornost ve vývoji tÄ›chto automatů je vÄ›nována manipulaci s jídlem a nápoji, léÄivy, kosmetikou, s hygienickými potÅ™ebami a elektronickými produkty.
Za „high-tech“ je považována i spoleÄnost KUKA Robot Group, která se kromÄ› jiného soustÅ™edí i na vlastní vývoj řídicích systémů (KUKA Motion Control). K novinkám ve vývoji patří buňky, v nichž spolupracují roboty různých velikostí a v různých konstelacích.
Vedle výrobců velkých průmyslových robotů jsou i firmy, které se soustÅ™edí na malé roboty. Jednou z nich je napÅ™. Å¡výcarská firma Neuronics AG, která má ve svém portfoliu unikátní koncepci bezpeÄného robota, jenž je díky souboru bezpeÄnostních opatÅ™ení a své konstrukci urÄen pro přímou spolupráci s lidmi. Může s nimi sdílet pracoviÅ¡tÄ› bez jakýchkoli plotů, závor apod. Tento typ robotů je urÄen hlavnÄ› pro laboratoÅ™e.
Výrobci robotů jsou Äasto také dodavateli řídicích systémů a SW, případnÄ› i dalších softwarových průmyslových produktů, které slouží pÅ™edevším k programování, simulaci a monitoringu výroby. KromÄ› oblasti balení a paletizace se roboty uplatňují pÅ™edevším v automobilovém průmyslu, kovoobrábÄ›ní, plastikářství a slévárenství. S roboty se stále ÄastÄ›ji setkáváme v potravinářství, farmacii a spotÅ™ební elektrotechnice. Novou, v souÄasnosti jednu z nejdynamiÄtÄ›ji se vyvíjející oblastí pro robotiku pÅ™edstavuje výroba solárních panelů.

MultiúÄast na výrobní lince
PÅ™ed ÄtyÅ™mi lety se na veletrhu intralogistiky CeMAT v Hannoveru prezentovala unikátní plnÄ› automatizovaná linka Robotik-Pack-Line, kde různé vybalovací, rozdružovací a dávkovací systémy byly automatizovány pomocí robotů. K realizaci linky doÅ¡lo díky spojení hned nÄ›kolika firem. SpoleÄnost Beb Edelstahlbau vybavila pracoviÅ¡tÄ› plynulým transportem balicích podložek v celé lince. Firma Sealpac pÅ™ispÄ›la svým zařízením na uzavírání a balení, podle potÅ™eby i automatickým zařízením na rozebírání nákladu. SpoleÄnost K-Robotics zodpovídala za koordinaci a dodala roboty Kawasaki, firma Toshiba je vybavila speciálními chapadly. Firma Imt Robot vyvinula manipulaÄní postupy pro systémy robotů pÅ™i vážení, třídÄ›ní, seskupování, vychystávání a balení. Firma Omron dodala zařízení pro automatizaci řízení. EDV-Service Logemann mÄ›l na starosti oznaÄování a etiketování produktů, firma Wächter Packautomatik dodávku a správné nastavení balicích krabic, jejich stříhání a potisk. PIAB dodal vakuové přípravky, se kterými mohou roboty velkou rychlostí vkládat, odebírat, jemnÄ› balit malé i vÄ›tší výrobky a bezpeÄnÄ› odstavovat kartony. SpoleÄnost Multiscience dodala software pro paletizaci (Multifix a MultiPack), firma Signode zajistila páskování hotových palet, doprava palet byla realizována spoleÄností SSI Schäfer Noell.

Novinka z Äeského trhu
Roboty se využívají jak v procesu balení (napÅ™. vkládání produktů do obalu), tak přímo pÅ™i výrobÄ› obalů. Příkladem druhého typu je nová linka na výrobu obalů, která je přímo napojena na robotizované paletizaÄní pracoviÅ¡tÄ›. Tento typ linky nedávno uvedli do provozu ve spoleÄnosti Unipap v BaÅ¡ti u Pardubic. Na lince se vyrábÄ›jí obaly pro elektronické přístroje nebo souÄásti automobilů o rozmÄ›rech od 450 × 600 mm do 1850 × 2100 mm. PÅ™estavení celé linky trvá nejvýše 15 minut. PaletizaÄní linka se skládá ze dvou robotů typu IRB 660 (spoleÄnost ABB) pracujících pod jedním řídicím systémem v režimu Multi-Move. Robot IRB 660 s nosností 180 kg odebírá vakuovým chapadlem palety z pÅ™ipraveného stohu a podle typu produktu je zakládá na váleÄkovou traÅ¥ pÅ™ed druhým paletizaÄním robotem. Druhý robot, IRB 660, s nosností 250 kg následnÄ› ukládá vyrobené balíky s kartony na pÅ™ipravené palety. Vzhledem k tomu, že Unipap vyrábí Å¡irokou Å¡kálu obalů různých rozmÄ›rů, je robot opatÅ™en automaticky pÅ™estavitelným chapadlem, které je schopno manipulovat se vÅ¡emi vyrábÄ›nými obaly.

Jana Žižková

Box 1: Kde se vzal?
V porovnání s jinými technickými vynálezy je robot jeÅ¡tÄ› pomÄ›rnÄ› mladý. OznaÄení „robot“ bylo poprvé v dÄ›jinách použito v roce 1920 ve hÅ™e Karla ÄŒapka R.U.R. (Rossum’s Universal Robots). První patent týkající se průmyslové robotiky podal vÅ¡ak až George Devol roku 1954. SpoleÄnost Unimation byla první, která vyrobila průmyslového robota. Jejich hlavním úÄelem bylo pÅ™enášení objektů z jednoho místa na druhé. Na rozdíl od fiktivních literárních Äi filmových robotů mÄ›li do humanoidních tvarů opravdu daleko. V roce 1974 pÅ™iÅ¡el na trh první elektricky pohánÄ›ný a mikroprocesorem řízený robot. Hned od poÄátku roboty vykazovaly velké výhody pro různé průmyslové aplikace. Mohou pracovat 24 hodin dennÄ›, pracují v plném rozsahu i v extrémních prostÅ™edích, jako jsou nebezpeÄné zóny nebo Äisté prostory. Robotické buňky mohou být vytvoÅ™eny velmi kompaktnÄ›, což umožňuje úsporu výrobního prostoru. Využitím robotů ve výrobÄ› lze tedy podstatnÄ› snížit provozní náklady a zároveň zvýšit objem výroby. DneÅ¡ní roboty umÄ›jí manipulovat, stohovat, kontrolovat, leÅ¡tit nebo brousit. Nové uchopovací a senzorové techniky umožňují vývoj dalších aplikací robotů.

Box 2: Sériová a paralelní kinematika
V sériové kinematické struktuÅ™e pracuje až 90 % robotů a manipulátorů. Vedle mnoha nezpochybnitelných výhod vykazuje tento systém i urÄité nevýhody. Mezi nÄ› patří nízká tuhost (statické i dynamické kmitání) a pÅ™esnost polohování maximálnÄ› v řádu desetin milimetrů. Oproti tomu paralelní kinematické struktury (konstrukÄnÄ› hlavnÄ› tripod, hexapod)
mohou mít jednotlivé vzpÄ›ry shodného výrobního provedení. Dále se vyznaÄují vyšší tuhostí a vysokou pÅ™esností polohovaní (±0,01 mm). Problémy u paralelních kinematik jsou pÅ™edevším vysoké nároky na řídicí systém a možnost vzniku kolizí vzpÄ›r. Roboty Äasto pracují ve spojení s kamerovými systémy. Tato symbióza pak umožňuje vysokorychlostní a vysokokapacitní manipulaci bez pÅ™esné orientace pÅ™edmÄ›tů.