Los sistemas de posicionamiento de robot son pistas largas en instalaciones de almacén, aeroespaciales y automotrices para permitir que un robot realice múltiples tareas. También llamadas unidades de transferencia de robot o RTU o sistemas de 7º eje, estos diseños de movimiento son cada vez más comunes para el ensamblaje, la soldadura a gran escala y el almacenamiento.

En contraste con las configuraciones típicas en las que un robot se atornilla a un piso, las RTU mueven robots a través de células de trabajo y fábricas y las transmiten entre estaciones. Las mejores configuraciones para las RTU son aquellas que solo se están construyendo o las que se pueden colocar procesos y máquinas relacionadas en una fila directa. Cuando las RTU se mueven a los robots de seis ejes, las pistas lineales también a veces se denominan el séptimo eje (o menos comúnmente, cuando el robot en sí tiene siete grados de libertad, el octavo eje). Cuando estas pistas son parte de un marco, incluidos los marcos de los cuales cuelga el robot, son pórticos.

No importa el robot o la morfología de la pista, el punto del eje adicional es agregar movimiento de traducción. Esto extiende el sobre de trabajo o permite que un robot transporte de piezas o herramientas de trabajo. En algunos arreglos, el primero permite que un robot cuide múltiples máquinas o recoja paletas de filas, o mecanizará componentes muy grandes. Para este último, las aplicaciones comunes son empaquetado, soldadura, corte de arco de plasma y otras tareas mecánicas.

Aquí nos centramos en las opciones de unidad para RTU. Sin embargo, tenga en cuenta que los ingenieros también deben decidir entre una matriz de guías y rodamientos (generalmente en forma de seguidores de levas o guías de perfil).

Las opciones de diseño y unidad para RTUS abundan
Aunque algunos pórticos incluyen enmarcar para invertir robots y suspenderlos para un mejor acceso a las máquinas desde arriba, las rtus que se atornillan al piso y orientan al robot vertical son más comunes. Estas RTU tienen cargas útiles más altas en promedio, transportando brazos de robot y agarradas cargas que pesan miles de libras.

Los ingenieros pueden comprar RTU prepoderadas o construir RTUS internamente utilizando la experiencia en el sistema de movimiento. Los más simples son los pares de vía lineal que llevan plataformas a las que el robot se ataca. Sin embargo, muchos OEM alistan integradores dedicados para situaciones en las que los robots en las RTU realizarán trabajos de alta precisión, por ejemplo, una tarea de corte (donde el diseño debe sincronizar la articulación de múltiples ejes) o mover pijamas a través de diversas herramientas de máquinas para procesar.

El mayor desafío para la ingeniería de unidades de transferencia de robots es programarlas para sincronizar con la articulación de los brazos robot que llevan. El segundo desafío más grande es lograr que las RTU mantengan un movimiento lineal preciso en muchos metros.

Cumplir con los requisitos físicos para golpes largos
A veces, la velocidad es el objetivo de diseño RTU primordial. Eso es especialmente cierto cuando las RTU toman robots en un par de cientos de pies o incluso más en configuraciones especializadas. La alta velocidad en el contexto de los robots en movimiento, a veces las armas que pesan miles de libras más sus cargas útiles) es relativo. Sin embargo, algunas RTU pueden moverse a más de 10 pies/seg con aceleración a una g.

Pero a menudo, la precisión es el objetivo de diseño RTU primordial. Considere una aplicación en la que un robot ayuda a una célula de trabajo cooperativa con mecanizado, por ejemplo. Aquí, la velocidad y la extensión del sobre robot solo son útiles si el marco circundante puede mantener la precisión apretada. Dichos diseños a menudo necesitan precisión a 0.02 mm y posicionando la repetibilidad a 0.2 mm más o menos durante los movimientos de la pista.

Por el contrario, si una aplicación usa un brazo de robot para aplicaciones que colocan controles adaptativos a través de los pasos pero dependen menos de la precisión absoluta, otras configuraciones pueden funcionar. Esto incluso puede tomar la forma de un vehículo móvil equipado con un brazo de robot, por ejemplo, para descargar contenedores de envío.

No importa el diseño, el bajo mantenimiento y la larga vida útil son cruciales para todas las configuraciones de RTU, ya que generalmente se asocian con más de una función vegetal y varias otras piezas de maquinaria. Por lo tanto, el tiempo de inactividad de RTU a menudo saca otras estaciones fuera de servicio.

La seguridad integrada también es importante porque muchas RTU mueven robótica a través de campos poblados de equipos costosos, como máquinas herramientas o incluso trabajadores, especialmente donde operan alrededor de las zonas con personal de montaje.

Cinturas, tornillos y neumáticos para RTU
Pórticos de robot que atraviesan distancias lineales de rango medio a menudo usan motores emparejados con unidades de correa. Estos son sistemas relativamente simples que usan poleas eléctricas impulsadas por motores para crear tensión a lo largo de una correa y aceleran rápidamente. Sin embargo, a medida que alcanzan los golpes más largos, los problemas pueden surgir con la flacidez de los cinturones si el sistema no puede mantener la tensión en toda la longitud. Para ser claros, el problema no es la limitación de carga útil. Más bien, es un riesgo de movimiento perdido del cumplimiento del cinturón.

Hay excepciones a la advertencia de escalabilidad. En algunas RTU, los ejes de la correa (conducidos desde un eje de transmisión común) impulsan las manivelas armónicas. Aquí, las unidades de cinturón pueden mantener la precisión para el posicionamiento robótico de accidente cerebrovascular en las condiciones correctas. La mayoría de las RTU de la correa exitosas utilizan pistas lineales y de marco en orientaciones complementarias para obtener más precisión de la configuración impulsada por la correa. Algunas de estas RTU con un rieles impulsados ​​por el cinturón pueden contener la repetibilidad de ± 0.001 in, incluso mientras mueven robots de una tonelada en docenas de pies. Aquí (gracias a los rieles correctos) los actuadores impulsados ​​por la correa crean RTU que son más baratas y más flexibles que las alternativas.

Otra opción para el séptimo eje es un eje de bola de bolas. Esta configuración aborda la vibración y el salto que pueden surgir en las unidades de cinturón. Esencialmente, un elemento mecánico fijo mantiene el control para la parada y el posicionamiento precisos.

Los tornillos de pelota generalmente funcionan bien en las configuraciones de aproximadamente seis metros de largo con la ayuda de soportes intermitentes. En los ejes más largos, el problema principal es que los tornillos se baten a altas velocidades, especialmente si no obtienen suficiente soporte. Eso es porque los ejes de los tornillos de pelota se doblan bajo su propio peso. Luego, a la velocidad crítica (una función del diámetro del eje del tornillo, la rectitud, la alineación y la longitud no respaldada) el movimiento excita la frecuencia natural del eje. Por lo tanto, la velocidad máxima disminuye a medida que aumenta la longitud del tornillo de bolas.

Algunas configuraciones usan bloques de rodamiento que se separan y colapsan juntos, y luego permanecen y apoyan el tornillo para una extensión más larga sin látigo. Sin embargo, para pistas de tornillo de bolas extra largas, los fabricantes deben unir múltiples tornillos (generalmente con pegamento en lugar de soldar para evitar la geometría deformada). De lo contrario, el tornillo debe tener un diámetro extra grande para abordar el problema del WHIP. Los golpes de algunas configuraciones basadas en tornillos de pelota alcanzan 10 metros y corren a 4.000 rpm. Otra advertencia: los tornillos en pistas de robot necesitan blindaje de la tierra y los escombros. Sin embargo, donde funcionan, las RTU utilizan motores eléctricos combinados con tornillos de bolas manejan cargas más grandes que los ejes impulsados ​​por la correa.

También existen potencia de fluido para configuraciones de rato largo. Dichas RTU neumáticas suelen ser una solución de bajo costo para aplicaciones que solo necesitan posicionamiento de dos y por fin. Las ofertas promedio se mueven 2 m/seg e integran con otros controles de robots.

Motores lineales para RTU de precisión
Las RTU de accidente cerebrovascular largo (para su uso en robótica de laboratorio, por ejemplo) pueden usar unidades motores lineales. La mayoría de estas RTU también incluyen electrónica de última generación, codificadores absolutos y control de movimiento para los ejes de seguimiento, incluso después de errores o cierres.

Más típico del alcance de un motor lineal es de cuatro metros más o menos. Tal alcance es más adecuado para el manejo de obleas de selección y lugar y semiconductores que las aplicaciones RTU más pesadas. En resumen, los motores lineales en RTU son particularmente desafiantes porque cumplen con la precisión mecánica, pero deben transportar cargas útiles. Esto requiere más de los costosos imanes permanentes que hacen que los motores lineales funcionen tan bien.

Hay excepciones. Se encargó una RTU récord mundial con actuadores lineales en tándem y se construyó a medida para una configuración de automatización que necesitaba movimientos de precisión a 12 m. Los rígidos rígidos de soporte de aluminio funcionan con dos rodamientos de bolas de recirculación lineales de seis filas y conjuntos de guía. Fuerza de salida de motores lineales sincrónicos gemelos ranurados a 4,200 N.

Conjuntos de estante para RTU
Las RTU disponibles comercialmente con conjuntos de rack and pinion son más comunes. Las longitudes típicas alcanzan 15 metros. El control de la unidad lineal se integra como un eje acoplado matemáticamente en el controlador de robot, que elimina la necesidad de un controlador adicional. Muchas de estas RTU mantienen una precisión incluso a accidentes cerebrovasculares de 30 metros emparejando una caja de cambios servomotor de CA sin escobillas y conjuntos de engranajes planetarios con juegos helicoidales molidos. Otras configuraciones usan un carro que se mueve sobre un riel de borde único en rodillos de servicio pesado en un bloque. Aquí, los rieles suelen ser rectangulares con una rejilla cortada en un borde interior. Estos pueden unirse con segmentos curvos donde es un diseño útil.

Algunas RTU que mueven el robot sobre la plataforma de viaje usan rieles de superficie plana hechos de acero endurecido y los combinan con grupos de seguidores de levas. Otros usan un motor eléctrico con un reductor de bisel helicoidal y una correa para alimentar la plataforma. Luego, en el largo eje de transporte, la RTU luce un motor eléctrico que conduce un piñón que atrae una rejilla.

RTU de simulación y programación
Existen herramientas para permitir que los ingenieros planifiquen las rutas de las RTU y coordinaran aquellos con las funciones del robot. El software de simulación de robot e incluso algunos módulos de controlador de movimiento permiten que los ingenieros planifiquen las pistas, carguen el software resultante en un controlador y luego controle el robot y la RTU con esa única pieza de hardware.

Otra opción es el software de compañías de software dedicadas que venden kits de desarrollo de robots, que permiten la programación de la mayoría de cualquier marca de robot a través de API. Estas y innumerables otras herramientas de software hacen que la configuración de robots sea más fácil que nunca, especialmente para equipos con control de movimiento moderado o experiencia CNC. Las iteraciones de diseño iniciales generalmente ocurren a través de la programación de PC fuera de línea. Luego, cuando el personal instala el robot y la RTU, el software de programación genera un código que se carga en los controles. El software impulsa el RTU y el robot a través de rutas programadas para probar problemas. A continuación, el instalador usa un colgante para colocar la pinza, el cortador o el efector final del robot en los puntos específicos del trabajo en el espacio mientras el controlador registra los movimientos. De lo contrario, los instaladores pueden usar un colgante para toda la configuración y luego pulir las trayectorias en el backend, un enfoque cada vez más común.

Advertencia: RTU complica la calibración del robot
Después de la configuración física, las RTU y los robots necesitan calibración. La captura es que los robots industriales emparejados con RTU a menudo hacen movimientos repetibles pero no precisos, por lo que produce un movimiento de salida que difiere de las aproximaciones de simulación. Solo, los robots industriales repetibilidad unidireccional promedio de 0.1 mm a 0.01 mm. Los ejes típicos combinan un cabezal de engranaje y motor de retroceso cero, y un controlador los rastrea todos con codificadores de alta resolución. Aumento de la precisión del movimiento de salida cada vez más se vuelve caro, ya que los conjuntos y componentes como el engranaje introducen el movimiento perdido (principalmente debido al cumplimiento mecánico). Por lo tanto, los controles a menudo deben compensar el error posicional en la escala de milímetros en algunos casos.

La calibración de robot tradicional utiliza una costosa alineación de láser. A veces esto puede disminuir el error de salida veinte veces. De lo contrario, los fabricantes de robots ofrecen calibración de fábrica. Las compañías dedicadas de calibración de robot también ofrecen servicios que pueden explicar el efecto de una RTU adicional en la producción general de precisión del robot. De lo contrario, los sensores de doble cámara permiten la inspección de sondeo y la medición dinámica a través de óptica e iluminación especial. Los modos mecánicos de calibración son otra opción, aunque son más difíciles de aplicar a los robots en pistas largas.