組み立ての最適化:4 つの産業用ロボットのピックアンドプレイス技術の比較研究

20
5 月

組み立てのための 4 つの産業用ロボットのピック アンド プレイス技術の比較

• 投稿者:ブライアン マクモリス
• 3D ビンピッキング
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2024 年 5 月のシンプル ソリューション ニュースレター

今日の産業環境において、オートメーションは労働需要とコストを削減し、ほとんどの市場部門と用途にわたって製造の生産性と効率を向上させる上で極めて重要な役割を果たしています。エンジニアの武器となる数多くの自動化技術の中でも、産業用ロボットのピック アンド プレース操作は、自動化して労働需要を削減できる製造および物流プロセスにおける重要な技術として際立っています。これらの操作には、ある場所から別の場所への物体や部品の移動が含まれ、多くの場合、精度と速度が要求されます。この比較では、フレキシブル フィーダ、4D ビン ピッキング、振動フィーダ ボウル、コンベヤ ライン トラッキングという 4 つの著名なピック アンド プレース技術を詳しく掘り下げます。

1.フレキシブルフィーダー:

フレキシブル フィーダは、空気圧システム、振動システム、ロボット システムなどのさまざまな機構を利用して、ロボットによるピック アンド プレース操作のためにマシン ビジョン システムに部品を提供します。これらのフィーダーは、さまざまな形状やサイズのコンポーネントに適応できるため、さまざまな製品ラインを持つ製造環境で多用途に使用できます。フレキシブルフィーダの主な利点の 1 つは、不規則な形状の物体や複雑な形状の部品を処理できることです。ただし、マシン ビジョンによる個片化と位置決めの余地を残すため、パーツはフィード プレートの幅の 1/3 より大きくすることはできません。一般に、パーツの最長寸法は 1 mm ～ 100 mm で、重量はそれぞれ 1 kg (2.2 ポンド) 未満である必要があります。

サイズ制限以外にも、フレキシブルフィーダには他の潜在的な制限もあります。特に正確な向きを必要とする複雑な部品を扱う場合は、他の部品ピッキング技術と比較して時間がかかる可能性があります。さらに、フレキシブルフィーダの初期設定と校正には時間がかかる場合があり、ロボット工学やビジョンの専門知識を持つ熟練した人材が必要となる場合があります。部品は硬い必要があり、部品を個片化するために必要な機械の振動や振動に反応しないため、柔らかいものやゴム状のものは使用できません。

フレキシブル フィーダ アプリケーションを成功させる鍵の 1 つは、マシン ビジョン システムの適切な選択、校正、統合です。マシン ビジョン システムは、ピッキングする部品を識別、認定、位置特定し、部品の座標と回転をロボット コントローラに送信します。これに加えて、適切な照明の選択、トップライトまたはバックライト、フィードプレートの設計の選択、およびバルクフィードオプションによる無制限の実行時間の延長も含まれます。その後、ロボットはその部品に移動し、適切なグリッパーでそれを持ち上げるようにプログラムする必要があります。選択された部品は、さらなる処理または組み立てのためにカスタム フィクスチャまたはネストに配置されます。全体の操作により、1 分あたり 10 ～ 30 個の部品のピッキング、方向付け、配置が可能になります。

2. 4D ビンピッキング:

4D ビンピッキングには、幅 (X)、長さ (Y)、高さ (Z) に照明の強度を加えた 3 つの次元すべてでビンまたはコンテナから物体を識別してピッキングするための、人工知能 (AI) や統合ロボティクスを含む高度なビジョン システムの使用が含まれます。この手法は、バルク材料や、深いビンでもランダムで重複する部品の向きを処理する場合に非常に効率的です。 4D ビンピッキング システムは、ビジョン センサーと洗練されたアルゴリズムを採用することで、照明が非常に変化しやすい雑然とした環境でも、物体を正確に位置特定して把握できます。

4D ビンピッキングの主な課題の 1 つは、大量のビジュアル データをリアルタイムで処理する際の計算の複雑さです。ここで、アプリケーション サーバーの高度な数学処理チップとともに、AI (パーツの向きと照明の可能性を大規模に教える) が活躍します。さまざまな照明条件下で信頼性の高い物体認識を実現し、把握計画アルゴリズムをリアルタイムで生成するには、大量の計算リソースと専門知識が必要です。 4D ビンピッキング システムの場合、コストはカメラではなくハイエンド GPU 計算にかかります。

4D ビンピッキングは、中程度の送り速度を実現する優れた技術です。このアプローチは、フレックス フィーダーの効果が低かったり、不可能であったりする不規則な部品や大きな部品を解決できることがよくあります。長い部品は古典的な「スティックを拾う」方法で互いに重なり合う可能性がありますが、ビジョンは、ピックする最適な候補を識別し、ロボットに適切なポーズを指示して、1 分あたり 10 ～ 30 個の部品を高速でピックおよび配置することができます。

3.振動フィーダーボウル:

振動フィーダーボウルは、部品が従うトラックを備えた精密に製造されたボウル内の振動を利用して、ピックアンドプレース操作のために部品の方向を決めてロボットに部品を供給します。これらのボウルは、振動力を使用して簡単に操作できる小型から中型のコンポーネントに特に効果的です。振動フィーダーボウルは、高速動作と、供給プロセス中に部品の向きを維持する信頼性で知られています。光センサーとエアブラストは、誤って追跡している部品を検出し、トラックから「吹き飛ばす」か、トラックの戦略的な開口部によって部品を除去するために使用されます。

その効率にもかかわらず、振動フィーダーボウルには制限があり、特に過度の振動によって損傷を受けやすい繊細な部品や敏感な部品を扱う場合には限界があります。さらに、さまざまな部品形状に合わせたフィーダーボウルの設計とカスタマイズは困難な場合があり、専門的なエンジニアリングと職人の専門知識が必要になる場合があります。組み立てに異なる部品が必要な最終製品の切り替えが頻繁に行われる場合は、それらの部品用に独自のフィーダー ボウルを設計し、すべてのボウルを交換して再調整する必要があります。これは高価でタイムリーな作業であり、振動ボウルが年間数十万または数百万の部品の固定最終製品の高生産率に最適になります。振動ボウルは、1 分あたり 60 ～ 200 個の部品をピッキングするために部品を配置することができます。この速度はほとんどのロボット アームの能力を超えるため、ピッキングは通常専用の「ハード オートメーション」によって行われます。

4.コンベヤーラインの追跡:

コンベヤー ラインの追跡には、ロボットの動きと移動するコンベヤー ベルトを同期させて、生産ラインに沿って移動する物体をピックアンドプレースすることが含まれます。この技術は、連続稼働と迅速なスループットが不可欠な大量生産環境で一般的に使用されます。コンベヤー ラインを追跡することで、ロボット (通常はファナックや ABB などの企業の「デルタ」ロボット設計) が、入手可能になった部品をピッキングするために正確に位置決めすることができます。

コンベア ライン トラッキングの主な利点の 1 つは、最小限のダウンタイムで大量の部品を処理できる拡張性と効率性です。この技術は、ベーカリー製品、包装されたスナック食品、包装された衣料品などの食品の包装で一般的です。デルタ ロボットを使用すると、毎分最大 120 の速度を達成できます。ただし、この技術は、正確な部品の方向を必要とするアプリケーションや、不規則な形状のオブジェクトを扱うアプリケーションには適していない可能性があります。一般的な 4 軸デルタは 1 つの平面内でのみ動作し、「Z」または垂直方向の動きがあまりないため、平らな物体をピッキングして梱包ラインに移送するのに最適です。ただし、ファナック M-1iA など、4 軸デルタに 3 軸リストとグリッパーを追加したハイブリッドも利用可能です。

概要

産業用ロボットの各ピック アンド プレイス技術には、アプリケーションの特定の要件に応じて、明確な利点と制限があります。フレキシブルフィーダは多用途性に優れていますが、特定の作業では速度と精度が不足する場合があります。 4D ビンピッキングはバルク材料の処理に最適ですが、大量の計算リソースが必要です。振動フィーダー ボウルは高速動作を実現しますが、繊細な部品には適さない場合があります。コンベヤラインの追跡により継続的な動作が保証されますが、特定の用途では精度が欠ける場合があります。最終的に、メーカーはニーズを慎重に評価し、生産目標と制約に最も適したピック アンド プレイス手法を選択する必要があります。

Futura Automation は、アセンブリ アプリケーション向けのピッキング アンド プレイスの各カテゴリでコンポーネントまたは完全なソリューションを提供します。 Futura Automation は、Flexfactory フレキシブル フィーダーの米国代表者であり、Fanuc および Brooks Automation の完全なシステムの認定ロボット ディーラーです。ビジョン コンポーネントについては、統合を容易にする独自の Feedware CX ソフトウェアを備えたコグネックス、ファナック IR ビジョンまたはキーエンス ビジョン システムが利用可能で、既存のシステムに統合されます。

4D ビンピッキングの場合、Futura は、迅速かつエラーのないビジョンとロボット パス処理を備えた高度なシステムを備えた Apera.ai と連携します。適切な技術である場合、バイブロマティックは振動フィーダー ボウルの優れた情報源です。ライン追跡アプリケーションの場合も、Futura Automation は Apera.AI、Cognex、または Keyence と連携して視覚の問題を解決し、Fanuc はデルタ ロボットと連携できます。最も困難なピック アンド プレイスの問題については、Futura Automation にお問い合わせください。優れたソリューションを提供します。 tech@futura-automation.com