以用于农业液压机的螺旋叶片为例，过去生产螺旋叶片的方法需要使用到许多相对比较笨重的工具。

由于模具的大小不同，仅设置就需要长达1h。“这种制造过程自工业革命以来就一直都是如此。”Robohelix 创始人兼首席执行官Hayel Smair表示。他们公司设定的目标是将批量生产所需的时间从几小时缩短到几分钟。

图1 与传统工艺相比，机器人系统可以更快、更安全、更高效地制造大量不同的螺旋叶片

拥有丰富的机器人技术知识的Smair解释说：“我们注意到，当扁平圆盘形成螺旋叶片时，运动过程是精准的。使用机器人系统可模仿这些运动过程。”

经过评估阶段后，公司选择用Beckhoff 的驱动技术来实现新生产系统的伺服轴。

负责Robohelix机器的电气设计、集成和编程的Budhaditya Majumdar博士解释说：“市场上只有少数厂商可以为我们提供既精准、强大又经济的伺服电机。这就是我们与Beckhoff建立业务关系的起点。我们之间的业务不仅包括运动控制和机器安全，还包括HMI。”

图2 使用Robohelix RX250制造的螺旋叶片

IPC让不同种类产品的生产变得轻松

Robohelix系列包括多个类型，这就是为什么简易的PLC程序端口是企业批量生产不可或缺的先决条件。Majumdar解释道：“我们绝对不希望每次更改齿轮比或斜度的机电设计时都必须调整程序。借助TwinCAT和基于PC的控制结构，我们可以更改驱动器、电机和机电参数，而无需修改 PLC代码。”

Robohelix的机器配备了带有四核处理器的嵌入式 PC CX5140。其程序的执行基于表格，而表格则是基于使用螺旋的材料特性计算出来的。

“我们之前的硬件已经达到极限，表格计算需要30s。 在CX5140中，只有一个内核被分配给PLC程序，但它仍然可以在零点几秒内完成这项任务。另一个内核可用于运动控制，其余处理器内核用于操作系统、TwinCAT运行时间和TwinCAT HMI服务器。”Majumdar解释道。

图3 Budhaditya Majumdar博士正在演示如何使用多点触控控制面板CP3916操作机器

用于快速生产的动态驱动技术

RX250属于第二代Robohelix，它需要25000  kg的线性力。Smair解释说：“我们一直在寻找高效、快速、基于伺服的精准设计。传统的基于液压的系统很笨重且无法精准控制。”

由于机器内部共有8个NC轴，现在Beckhoff驱动器和电机采用单电缆技术（OCT）减少了电缆数量，从而缩短了组装所需的时间。Majumdar 说：“在以前的机器中，运动控制是由脉冲控制的。每个电机驱动器都有4个用于运动的差分对和4个用于将编码器反馈到PLC的差分对，需要很长时间才能正确连接所有电机。另一方面，采用OCT时，使用AX5000伺服放大器和AM8000伺服电机只需单击一下即可。”AS2023步进电机与EL7041步进电机端子结合使用还可实现低扭矩。

Robohelix机器需要非常精准的同步运动控制。用户生成的数据通过基于云的软件Helixninja加载到设备中，这些数据被进一步处理生成3D坐标，从而模拟将扁平圆盘形成螺旋叶片的过程。在制造螺旋叶片时，电机同步遵循这些坐标。Majumdar解释说：“对比以前的机器，同步运动的代价是牺牲性能和灵活性。借助TwinCAT NC Camming（TF5050）的凸轮盘功能，现在可以随时随地进行相对的同步运动。只要校准了电机和驱动器，尺寸和公差就不是问题了。”

图4 Robohelix RX250形成螺旋锯片

机器集成的安全性

Smair说：“这台机器的设计使得操作员可以有选择地从左侧或右侧将圆形毛坯作为工件插入和取出螺旋叶片。根据螺旋叶片顺时针或逆时针的旋转方向，能够更容易地更换设备端。由于CP3916多点触控控制面板安装在

旋转臂上，因此操作员可以随时使用此面板。”据 Majumdar 称，它同样适用于直接连接到面板底部边缘带有紧急停止按钮的按钮扩展，这样操作员可以随时安全地触及。

Robohelix机器的用户界面基于TwinCAT HMI。嵌入式PC CX5140主管TwinCAT HMI服务器，与CP3916控制面板相连。浏览器在该控制面板上以信息亭模式运行。Majumdar解释说：“以前，使用自身具有计算能力的 HMI时，必须对其进行额外编程。使用纯被动面板则减少了工作量。此外，还可以根据需要通过手机浏览器或联网PC使用用户界面。”

图5 带有EtherCAT和Twinsafe终端的嵌入式PC CX5140集成了所有功能，从输入和输出到功能安全性和步进电机控制

机器自动化时，安全是重中之重。借助集成安全解决方案Twinsafe，Robohelix能够减少为此所需的布线。Majumdar确认：“来自传感器的安全触发器和紧急停止按钮能够停止驱动器。无需采用硬连线安全解决方案。”

在操作的其中一个阶段，可能会发生操作员必须在电机仍处于激活和运行状态时打开门的情况。具有安全停止功能SOS（安全操作停止）的AX5805 Twinsafe选件卡可以为此提供必要的安全性。

据Majumdar称，在以前的机器中实施此项安全功能很困难，并因速度监控造成了承重的额外财务支出。此外，Majumdar还看到了Beckhoff技术的另一个优势。

Majumdar表示：“无论是PLC、驱动器、HMI 还是安全性，都可以通过TwinCAT进行编程。这一切都在一个通用的平台上运行。“