Roboter -Positionierungssysteme sind lange Spuren in Lager-, Luft- und Raumfahrt- und Automobilanlagen, damit ein Roboter mehrere Aufgaben ausführen kann. Diese Bewegungsdesigns werden auch als Roboter-Transfer-Einheiten oder RTU- oder 7. Achsensysteme bezeichnet und sind immer häufiger für die Montage, das großflächige Schweißen und die Lagerung.

Im Gegensatz zu typischen Setups, bei denen ein Roboter in einen Boden stolpert, bewegen RTUs Roboter durch Arbeitszellen und Fabriken und Shuttle zwischen den Stationen. Die besten Setups für RTUs sind diejenigen, die nur gebaut werden oder bei denen Prozesse und verwandte Maschinen in eine geraden Reihe gestellt werden können. Wenn RTUs sechs Achsen Roboter bewegen, werden die linearen Spuren manchmal auch als siebte Achse bezeichnet (oder weniger häufig, wenn der Roboter selbst sieben Freiheitsgrade, die achte Achse, hat). Wenn diese Tracks Teil eines Rahmens sind, einschließlich Frames, von denen der Roboter hängt, sind sie Gantries.

Unabhängig vom Roboter oder der Morphologie der Verfolgung besteht der Sinn der zusätzlichen Achse darin, eine translationale Bewegung hinzuzufügen. Dadurch erweitert sich entweder den Arbeitsumschlag oder ermöglicht einen Robotertransportwerk oder Werkzeuge. In einigen Arrangements lässt er erstere einen Roboter zu mehreren Maschinen tendieren oder Paletten aus Zeilen oder maschinell sehr große Komponenten pflücken. Für letztere sind gängige Anwendungen Packungen, Schweißen, Plasma-ARC-Schneiden und andere mechanische Aufgaben.

Hier konzentrieren wir uns auf Antriebsoptionen für RTUs. Beachten Sie jedoch, dass Ingenieure auch zwischen einer Reihe von Führern und Lagern (normalerweise in Form von CAM -Anhängern oder Profilführern) entscheiden müssen.

Entwurfs- und Laufwerksoptionen für RTUs gibt es zuhauf
Einige Schläfchen beinhalten die Rahmung, um Roboter umzukehren und sie von oben besseren Zugang zu Maschinen zu bewegen. Diese RTUs haben durchschnittlich höhere Nutzlasten, tragen Roboterarme und greifen Lasten mit einem Gewicht von Tausenden von Pfund.

Ingenieure können vorgefertigte RTUs kaufen oder RTUs im eigenen Haus mit Bewegungssystemkenntnissen bauen. Am einfachsten sind Linear-Track-Paare, die Plattformen tragen, auf die die Roboterschrauben. Viele OEMs setzt jedoch engagierte Integratoren für Situationen ein, in denen ROBOTS auf RTUs hochpräzise Jobs ausführen-beispielsweise eine Schneidaufgabe (bei der das Design die Artikulation mehrerer Achsen synchronisieren muss) oder das Verschieben von Gussteilen durch verschiedene Werkzeugmaschinen zur Verarbeitung.

Die größte Herausforderung für technische Roboter-Transfer-Einheiten besteht darin, sie so zu programmieren, dass sie mit der Artikulation der Roboterarme, die sie tragen, synchronisieren. Die zweitgrößte Herausforderung besteht darin, RTUs über viele Meter genaue lineare Bewegung aufrechtzuerhalten.

Erfüllung der körperlichen Anforderungen für lange Schläge
Manchmal ist Geschwindigkeit das übergeordnete RTU -Designziel. Das gilt insbesondere dann, wenn RTUs Roboter über ein paar hundert Fuß oder sogar mehr in Spezial -Setups einnehmen. Eine hohe Geschwindigkeit im Zusammenhang mit beweglichen Robotern - manchmal Waffen mit Gewicht von Tausenden von Pfund plus ihre Nutzlasten - ist relativ. Einige RTUs können sich jedoch bei einer Beschleunigung auf ein g bei mehr als 10 ft/s bewegen.

Aber oft ist Genauigkeit das übergeordnete RTU -Designziel. Betrachten Sie eine Anwendung, bei der ein Roboter beispielsweise einer kooperativen Arbeitszelle bei der Bearbeitung hilft. Hier sind die Schnelligkeit und die Erweiterung des Roboterarbeitsumschlags nur dann nützlich, wenn die umgebende Framework die Genauigkeit eng halten kann. Solche Designs benötigen häufig Genauigkeit auf 0,02 mm und die Positionierung der Wiederholbarkeit auf 0,2 mm bei den Spurbewegungen.

Wenn eine Anwendung im Gegensatz dazu einen Roboterarm für Anwendungen verwendet, die adaptive Steuerelemente durch die Schritte bringen, jedoch weniger von absoluter Präzision abhängig sind, können andere Setups funktionieren. Dies kann sogar in Form eines mobilen Fahrzeugs mit einem Roboterarm ausgestattet sein - zum Beispiel, um Versandbehälter zu entladen.

Unabhängig von Design, geringer Wartung und langer Lebensdauer sind für alle RTU -Setups von entscheidender Bedeutung, da sie normalerweise mit mehr als einer Anlagenfunktion und mehreren anderen Maschinenstücken verbunden sind. Daher nimmt RTU -Ausfallzeiten oft andere Stationen außerhalb der Provision.

Die integrierte Sicherheit ist auch wichtig, da viele RTUs Robotik über Felder besiedelte teure Geräte wie Werkzeugmaschinen oder sogar Arbeiter - insbesondere dort, wo sie mit Montagepersonal um Zonen arbeiten.

Gürtel, Schrauben und Pneumatik für RTUs
Roboter-Gantries, die die lineare Entfernungen der mittleren Reichweite durchqueren, verwenden häufig Motoren, die mit Riemenantrieben gepaart sind. Dies sind relativ einfache Systeme, die mit elektrisch motorgetriebenen Riemenscheiben Spannungen entlang eines Gürtels erzeugen und sich schnell beschleunigen. Wenn sie jedoch längere Striche erreichen, können Probleme mit dem Durchhängen von Gürteln auftreten, wenn das System die Spannung über die gesamte Länge nicht aufrechterhalten kann. Um klar zu sein, ist das Problem keine Nutzlastbeschränkung. Es ist vielmehr ein Risiko einer Verlustbewegung durch die Einhaltung von Gürtel.

Es gibt Ausnahmen von der Skalierbarkeit von Einschränkungen. In einigen RTUs treiben die Gürtelachsen (aus einer gemeinsamen Antriebswelle angetrieben) harmonische Kurbeln an. Hier können Riemenantriebe die Genauigkeit für eine langfeilige Roboterpositionierung unter den richtigen Bedingungen aufrechterhalten. Die erfolgreichsten gürtelgesteuerten RTUs verwenden Rahmen- und lineare Spuren in komplementären Orientierungen, um mehr Präzision aus dem geltendgetriebenen Setup zu erhalten. Einige solche RTUs mit einem gürtelgetriebenen Schienenantrieb können sich wiederholt auf ± 0,001 Zoll halten, selbst wenn sie ein Tonnen Roboter über Dutzende von Fuß bewegt. Hier (dank der richtigen Schienen) sind gürtgetriebene Aktuatoren für RTUs, die billiger und flexibler sind als Alternativen.

Eine weitere Option für die siebte Achse ist eine kugelförmige Achse. Dieses Setup befasst sich mit Vibrationen und Federn, die in Gürtelfahrten auftreten können. Im Wesentlichen behält ein festes mechanisches Element die Kontrolle für präzise Stopp- und Positionierung bei.

Ballrows eignen sich im Allgemeinen gut in Setups auf etwa sechs Meter lang mit Hilfe zeitweiliger Lagerstützen. Bei längeren Äxten ist das Hauptproblem, dass die Schrauben bei hohen Geschwindigkeiten peitschen, insbesondere wenn sie nicht genügend Unterstützung erhalten. Das liegt daran, dass sich Ballsummenschwellen unter ihrem eigenen Gewicht beugen. Dann bei kritischer Geschwindigkeit (eine Funktion des Schraubwellendurchmessers, der Geradheit, der Ausrichtung und der nicht unterstützten Länge) Bewegung die Naturfrequenz der Welle erregt. Die maximale Geschwindigkeit sinkt also mit zunehmender Länge der Ballschrauben.

Einige Setups verwenden Lagerblöcke, die sich trennen und zusammenbrechen-und dann bleiben und die Schraube für eine längere peitschenfreie Ausdehnung stützen. Für extra lange ballrowgesteuerte Spuren müssen die Hersteller jedoch mehrere Schrauben anschließen (normalerweise mit Kleber statt Schweißen, um verzerrte Geometrie zu vermeiden). Andernfalls muss die Schraube einen extra großen Durchmesser haben, um das Problem der Peitsche anzugehen. Striche einiger solcher Baser-Basis-Setups erreichen 10 Meter und laufen auf 4.000 U / min. Eine weitere Einschränkung: Schrauben in Roboterspuren müssen sich vor Schmutz und Trümmern abschirmen. Wenn sie jedoch funktionieren, verhandeln RTUs mit Elektromotoren, die mit Ballskrews gepaart sind, größere Lasten als geltungsgetriebene Achsen.

Es gibt auch eine Flüssigkeitsleistung für Langstich-Setups. Solche pneumatischen RTUs sind in der Regel eine kostengünstige Lösung für Anwendungen, die nur eine Zwei-Stop-Positionierung von zwei Stop benötigen. Durchschnittliche Angebote bewegen sich 2 m/s und integrieren in andere Roboterkontrollen.

Lineare Motoren für Präzisionsrtus
Langstreicher RTUs (z. Die meisten derartigen RTUs umfassen auch hochmoderne Elektronik, Absolute-Encoder und Bewegungssteuerung für Tracking-Achsen auch nach Fehlern oder Herunterfahren.

Typischer für die Reichweite eines linearen Motors beträgt ungefähr vier Meter. Eine solche Reichweite eignet sich besser für die Handhabung von Pick-and-Place- und Halbleiterwafern als für schwerere RTU-Anwendungen. Kurz gesagt, lineare Motoren in RTUs sind besonders schwierig, da sie die mechanische Genauigkeit liefern, aber schwere Nutzlasten tragen müssen. Dies erfordert mehr teure permanente Magnete, die lineare Motoren so gut abschneiden lassen.

Es gibt Ausnahmen. Eine Weltrekord-RTU mit linearen Tandem-Aktuatoren wurde in Auftrag gegeben und für ein Automatisierungsaufbau gebaut, das Präzisionsbewegungen auf 12 m benötigte. Starre Aluminium-Stützschienen arbeiten mit zwei Sechs-Reihen-linearen Umwälzkugellagern und Führungsbaugruppen. Twin Slotted Synchronous Linear Motors Ausgabekraft auf 4.200 N.

Rack-and-Pinion-Sets für RTUs
Im Handel erhältliche RTUs mit Rack-and-Pinion-Sets treten am häufigsten an. Typische Längen erreichen 15 Meter. Die Steuerung der linearen Einheit wird als mathematisch gekoppelte Achse in den Roboter -Controller integriert, wodurch die Notwendigkeit eines zusätzlichen Controllers beseitigt wird. Viele solcher RTUs behalten die Genauigkeit sogar auf Striche von 30 Metern bei, indem sie ein bürstenloser Wechselstrom-Servomotor und ein Planetary-Getriebe mit gemahlenen Helical Rack-and-Pinion-Sets kombinieren. Andere Setups verwenden einen Wagen, der sich über eine einköpfige Schiene auf Hochleistungsrollen in einem Block bewegt. Hier sind die Schienen normalerweise rechteckig mit einem in eine Innenkante geschnittenen Gestell. Diese können sich mit gekrümmten Segmenten verbinden, in denen dies ein hilfreiches Layout ist.

Einige RTUs, die den Roboter über die reisende Plattform bewegen, verwenden Flachflächenschienen aus gehärtetem Stahl und kombinieren diese mit Cam-Follower-Clustern. Andere benutzen einen Elektromotor mit einem Helical -Schrägreduzierer und einem Gürtel, um die Plattform mit Strom zu versorgen. Auf der langen Shuttle -Achse verfügt die RTU mit einem elektrischen Gearmotor, der einen Ritzel fährt und ein Rack angreift.

Simulation und Programmierung von RTUs
Es gibt Werkzeuge, um Ingenieure die Wege von RTUs planen zu lassen und diejenigen mit den Roboterfunktionen zu koordinieren. Roboter-Simulationssoftware und sogar einige Bewegungskontroller-Module lassen Ingenieure Tracks planen, die resultierende Software auf einen Controller laden und dann den Roboter und die RTU mit dieser Hardware steuern.

Eine weitere Option sind Software von speziellen Softwareunternehmen, die Roboter -Entwicklungskits verkaufen, die die Programmierung der meisten Robotermarke über APIs ermöglichen. Diese und unzähligen anderen Softwaretools erleichtern Roboter-Setups einfacher als je zuvor, insbesondere für Teams mit moderatem Bewegungskontroll- oder CNC-Erlebnis. Erste Design -Iterationen erfolgen normalerweise durch Offline -PC -Programmierung. Wenn das Personal dann den Roboter und die RTU installiert, lädt die Programmiersoftware Code an, die auf Steuerelemente gelenkt wird. Die Software treibt die RTU und den Roboter durch programmierte Pfade an, um Probleme zu testen. Als nächstes verwendet der Installationsprogramm einen Anhänger, um den Grippoter-, Cutter- oder End-Effektor des Roboters zu berufsspezifischen Punkten im Raum zu positionieren, während der Controller die Bewegungen aufzeichnet. Andernfalls können Installateure einen Anhänger für das gesamte Setup verwenden und dann auf dem Backend - einen immer häufigeren Ansatz - polieren.

Einschränkung: RTUs komplizieren die Roboterkalibrierung
Nach dem physischen Setup benötigen RTUs und Roboter Kalibrierung. Der Haken ist, dass industrielle Roboter, die mit RTUs gepaart sind, häufig wiederholbare, aber nicht genaue Bewegungen ausführen, sodass eine Ausgangsbewegung ergeben, die sich von Simulationsnäherungen unterscheidet. Alleine, industrielle Roboter durchschnittliche unidirektionale Wiederholbarkeit von 0,1 mm bis 0,01 mm. Typische Achsen kombinieren einen Null-Backlash-Getriebe und einen Motor, und ein Controller verfolgt sie alle mit hochauflösenden Encodern. Steigern Sie die Genauigkeit der Ausgangsbewegung und wird weiter teuer, da Baugruppen und Komponenten wie Gearing Lost Motion (hauptsächlich aufgrund mechanischer Einhaltung) einführen. Daher müssen Kontrollen in einigen Fällen häufig Positionsfehler auf der Skala von Millimetern kompensieren.

Die herkömmliche Roboterkalibrierung verwendet eine kostspielige Laserausrichtung. Manchmal kann dies den Ausgangsfehler zwanzig FALT verringern. Andernfalls bieten Roboterhersteller Fabrikkalibrierung an. Dedizierte Unternehmen mit Roboterkalibrierungsunternehmen bieten auch Dienstleistungen an, die die Auswirkungen einer zusätzlichen RTU auf die Gesamtleistung der Roboter-Präzision berücksichtigen können. Andernfalls ermöglichen zweikamera-Sensoren die Untersuchung und dynamische Messung über Optik und spezielle Beleuchtung. Mechanische Kalibrierungsmodi sind eine weitere Option, obwohl sie auf langen Spuren schwerer auf Roboter anwenden können.