Почему картезианские (портовые) роботы превосходят артикулированные манипуляторы: 4 ключевых преимущества

Futura Automation, LLC (www.futura-automation.com) предоставляет ряд роботизированных, автоматизированных и решений с управлением движением. Настоящий бюллетень Futura Automation объясняет преимущества картезианских роботов, особенно тех, что поставляются Macron Dynamics, Inc., по сравнению с другими основными топологиями промышленных роботов: #Артикулированные, Дельта и SCARA. Эта статья объясняет четыре основных преимущества картезианских:

• Гибкость в дизайне
• Значительно большая дальность (перемещение)
• Большая грузоподъемность
• Экономия затрат

Большинство знают шестиосевой (артикулированный) робот-манипулятор, часто показываемый в медиа на автомобильных сварочных линиях или для упаковки в коробки и паллетизации. #Дельта-роботы популярны для высокообъемного пик-энд-плейс между двумя конвейерными лентами в упаковке пищи, в основном. #SCARA или 4-осевые манипуляторы — еще одна распространенная форма промышленных роботов. SCARA лучше всего подходит для подбора и размещения мелких деталей в электронике, медицинской упаковке и мелких потребительских товарах. Стандартные топологии роботов, такие как Артикулированные и SCARA, имеют четко определенные рабочие объемы, диктуемые их производителями и механикой манипулятора. Что, если требуется необычное движение или очень высокое или очень длинное? Для этого мы можем предложить картезианские роботы. Картезианские, иногда называемые портальными роботами, — очень распространенная и простая роботизированная топология. Портальные краны, конечно, предшествовали автоматизированным картезианским роботам на веках. Но форм-фактор довольно похож. Разница в автоматизации, используемой портальными роботами, чтобы движения могли быть предварительно запрограммированы и в некоторых случаях asistированы машинным зрением.

Что такое картезианский робот?

3D-принтеры используют картезианскую или линейную робототехническую топологию, будь то настольная модель или достаточно большая, чтобы напечатать дом из бетона. Еще один распространенный пример — машина пик-энд-плейс, используемая в производстве электронных печатных плат, часто называемая «чип-шутер». Меньшие форм-факторы картезианских роботов часто строятся над столом или конвейерной системой. Обычно у них 3 оси движения. Они могут двигаться вверх/вниз, вперед/назад и влево/вправо. Картезианские, как и все роботы, имеют конечный эффектор, выполняющий поставленную задачу. Картезианские, выполняющие самые точные задачи, обычно в полупроводниковой и оптической отраслях, имеют повторяемость менее одного микрона на вылете или размахе менее 30 сантиметров.

Конечные эффекторы для картезианских роботов могут включать:

• Вакуумный гриппер
• Механический гриппер
• Принтерная головка
• Фрезерная головка
• Водяная струя
• Резающий лазер
• Инструменты для смешивания или мешивания
• Машинное зрение

Какие отрасли используют картезианские роботы?

Поскольку у них широкий спектр применений, картезианские роботы встречаются во многих отраслях. Производители в следующих отраслях обычно пользуются этой технологией:

• Аэрокосмическая — Обработка и Финишинг
• Сельское хозяйство — Вертикальное фермерство
• Упаковка — Упаковка в коробки и паллетизация
• Обслуживание станков (CNC или Пластик)
• Электроника, Оптика и Полупроводники
• Сборка медицинских устройств и фармацевтическое дозирование
• Мультимедиа, Сценное оборудование и Реклама
• Обработка пищевых продуктов и напитков

Это лишь несколько примеров. Картезианская технология существует давно. Благодаря этому существует множество проверенных временем приложений для этих роботов. Они также просты для понимания и перепрограммирования операторами. Это делает их удобными для новичков в автоматизации. Эти производители часто имеют типы приложений, в которых картезианские роботы могут выигрывать.

Типичные приложения картезианских роботов

Картезианские роботы — правильное решение во многих приложениях, а для других линейный робот был бы плохим выбором. Ключевое ограничение для картезианского — ограниченный диапазон движения, особенно ось талии или Сустав 1 (J1) и действие запястья или J5 и вращательный J6 на артикулированных роботах. Шестиосевые роботы могут гнуться и поворачиваться в всевозможные позиции. Если материал должен быть обработан или повернут под углом, либо при подборе, либо при размещении, сварке, покраске или дозировании, то артикулированные манипуляторы имеют больше смысла. Картезианские роботы гораздо более жестки в своем движении без вращательного движения, за исключением возможного вращательного актуатора на конечном эффекторе. Это может показаться ограничением, и это может быть так. Но это также преимущество в приложениях, спроектированных в плоской манере, как размещение, сортировка или стопка продукта на платформе или конвейере. Это планарное качество линейных роботов несет преимущества, позволяющие им выполнять лучше других типов роботов для определенных приложений. Вот несколько примеров:

• Обслуживание станков CNC
• 3D-печать
• Металл: плазменная/лазерная резка
• Закручивание винтов
• Дозирование
• Обработка дерева и фрезеровка
• Сборка и тестирование печатных плат
• Пик-энд-плейс или Сортировка
• Логистика — AS/RS для склада
• Вертикальное фермерство
• Инспекция

Есть несколько причин, почему картезианские роботы могут превосходить в этих приложениях. Во-первых, эти приложения обычно выполняются в одной плоскости или измерении. Например, лазерный картезианский робот задается вырезанием формы из листа металла. Лист металла лежит плоско на резающей поверхности. Робот выполняет свои командные движения для вырезания формы из детали. Это движение не требует от робота крутиться под специальными углами или поворачиваться к стороне детали. Это всё вверх/вниз, вперед/назад и влево/вправо. Некоторые картезианские роботы будут иметь дополнительную вращательную ось на конечном эффекторе. Если требуется значительная гибкость и диапазон движения, то другой тип робота может быть лучшим.

Гибкость в дизайне

Картезианские роботы — самая масштабируемая робототехническая платформа. Эта масштабируемость касается как их потенциального физического размера, так и окончательной прочности. Картезианские роботы могут быть столь же малы, как ладонь вашей руки, и такими большими, как склад. Очень маленькие картезианские часто называются «многоосевыми стадиями» и используются для микронной точности в фотолитографии, дозировании, размещении или лазерной резке в электронике. Существуют также большие картезианские роботы сегодня, которые имеют длину 50 метров (164 фута) или более. Обычное «большое картезианское» приложение — Роботизированные единицы передачи (Robot Transfer Units), или одиночные «7-я ось», как они обычно известны. Артикулированные роботы также могут быть смонтированы на XY или XZ картезианский для покрытия больших площадей, как может использоваться для шлифовки сварочных швов или финишинга корабля. Металлоусиленные поясные актуаторы позволяют Macron Dynamics создавать эти системы невероятно длинными и подходящими для полезной нагрузки до 2200 фунтов (1000 кг). Эти механики в дополнение к большим редукторам и моторам, которые не должны помещаться в тонкий корпус робота, означают, что картезианские роботы могут справляться с самыми большими и тяжелыми задачами легко.

Масштабируемость в дальности (длине)

Клиенты Futura Automation получают выгоды от гибкости и масштабируемости кастомизированных картезианских роботов. Возможно построить картезианского, такой же длинной, как структурный пролет здания. Партнер Futura, Macron Dynamics, предоставит армирование из волокнистого стеклопластика для горизонтального пролета. Также возможно усилить линейный актуатор стальными I-балками для более длинных пролетов и более тяжелых нагрузок. Горизонтальная ось X или Y в 200 футов (60 м) — возможность, как и вертикальная ось Z в 60 футов (20 м). Картезианский также может включать тета-привод для вращения на конце вертикальной оси Z или обеспечивать действие запястья.

Широкий диапазон полезных нагрузок

Порталы, использующие стально-усиленные пояса и усиленные волокнистыми стеклопластиковыми балками или стальными I-балками, могут обрабатывать нагрузки в тысячи фунтов, соперничая с сильными (и очень дорогими) артикулированными роботами-манипуляторами. Возможно применить интегрированный механический тормоз к сервоприводу для удержания нагрузки на вертикальной оси даже при снятом питании. Macron Dynamics также предлагает свою систему CLAWS как устройство безопасности для защиты от неконтролируемых вертикальных нагрузок.

Стоимость картезианского робота

Мы узнали, что картезианские роботы высокомасштабируемы. Это означает, что их затраты также высокомасштабируемы. В 2023 году стоимость полной системы картезианского робота, включая сервоприводы и управление, будет варьироваться от $20,000 для небольшой системы до $200,000 или более для очень большой системы. Но при прочих равных, дальность и полезная нагрузка, использование картезианского робота для проекта будет менее затратным, чем использование другого сопоставимого промышленного робота форм-фактора, такого как шестиосевой для того же проекта, с той же дальностью и полезной нагрузкой. Основная причина — использование стандартизированных экструзий и готовых сервоприводов вместо литых механических манипуляторов с кастомными сервоприводами, циклоидальными передачами и кастомными подшипниками, требуемыми для артикулированных манипуляторов. Основные переменные затрат для проектов картезианских роботов:

• Размер и скорость проекта (длины актуаторов и грузоподъемность) и требуется ли усиливающая надстройка
• Сложность приложения (какие типы специализированных грипперов или дополнительных тета-осей требуются)
• Тип управления, коммуникаций и человек-машинный интерфейс (HMI), необходимый для операции
• Уровень требуемой точности, который может даже требовать гибрид с винтовым приводом с нулевым люфтом в одной или нескольких осях
• Требуются ли защитные ограждения или сенсоры для обеспечения защиты

Резюме: Когда картезианские роботы побеждают Артикулированные, Дельта или SCARA роботов?

Теперь вы знаете немного о картезианских роботах и их приложениях. Так когда они правильны для вас и вашего проекта? Мы можем помочь ответить на эти вопросы. Но вкратце, вот основные соображения:

• Ищете ли вы снижение затрат или увеличение пропускной способности?
• Является ли полезная нагрузка или дальность большой проблемой для артикулированного или SCARA манипулятора?
• Какая точность/точность требуется для приложения?
• Какой профиль скорости против нагрузки, то есть какие требования к инерции и крутящему моменту привода?

Поскольку для проектирования картезианского робота есть чистый лист, важно правильно согласовать инерцию при выборе мотора и редуктора. Futura Automation поможет с согласованием инерции, когда мы предоставляем наше руководство по проектированию для проектов клиентов. Вот документ от отраслевой ассоциации «A3», который подробно описывает важность согласования импеданса. Видео-руководство по согласованию инерции также предоставлено: https://www.automate.org/industry-insights/understanding-the-mysteries-of-inertia-mismatch

Как Futura Automation может поддержать ваш проект

Свяжитесь с нами: sales@futura-automation.com