Robotin paikannusjärjestelmät ovat pitkiä raiteita varasto-, ilmailu- ja autoteollisuudessa, jotta yksi robotti voi suorittaa useita tehtäviä. Nämä liikerakenteet, joita kutsutaan myös robottisiirtoyksiköiksi tai RTU:iksi tai 7. akselisiksi järjestelmiksi, ovat yhä yleisempiä kokoonpanossa, laajamittaisessa hitsauksessa ja varastoinnissa.

Toisin kuin tyypillisissä asetuksissa, joissa robotti pulttaa lattiaan, RTU:t kuljettavat robotteja työsolujen ja tehtaiden läpi ja kuljettavat niitä asemien välillä. Parhaat asennukset RTU:lle ovat vasta rakenteilla olevat tai sellaiset, joissa prosessit ja niihin liittyvät koneet voidaan laittaa suoraan riviin. Kun RTU:t liikuttavat kuusiakselisia robotteja, lineaarisia raitoja kutsutaan joskus myös seitsemänneksi akseliksi (tai harvemmin, kun robotilla itsellään on seitsemän vapausastetta, kahdeksanneksi akseliksi). Kun nämä telat ovat osa kehystä, mukaan lukien kehykset, joista robotti roikkuu, ne ovat portaalia.

Robotin tai radan morfologiasta riippumatta ylimääräisen akselin tarkoitus on lisätä translaatioliikettä. Tämä joko laajentaa työskentelyaluetta tai antaa robotin kuljettaa työkappaleita tai työkaluja. Joissakin järjestelyissä edellinen antaa robotin hoitaa useita koneita tai poimia lavoja riveistä tai työstää erittäin suuria komponentteja. Jälkimmäiselle yleisiä sovelluksia ovat pakkaus, hitsaus, plasmakaarileikkaus ja muut mekaaniset tehtävät.

Tässä keskitymme RTU:n ajovaihtoehtoihin. Huomaa kuitenkin, että insinöörien on myös päätettävä useiden ohjainten ja laakereiden välillä (yleensä nokkaseurainten tai profiiliohjaimien muodossa).

Suunnittelu- ja käyttövaihtoehtoja RTU:lle on runsaasti
Vaikka jotkin portaalit sisältävät kehyksen robottien kääntämiseksi ja ripustamiseksi koneisiin ylhäältä käsin, RTU:t, jotka kiinnittyvät lattiaan ja suuntaavat robotin pystyasentoon, ovat yleisimpiä. Näillä RTU:illa on keskimäärin suurempi hyötykuorma, ja ne kantavat robottikäsivarsia ja tuhansia kiloja painavia kuormia.

Insinöörit voivat ostaa esisuunniteltuja RTU:ita tai rakentaa RTU:ita itse käyttämällä liikejärjestelmäosaamista. Yksinkertaisimpia ovat lineaarirataparit, joissa on alustat, joihin robotti kiinnittyy. Monet OEM-valmistajat kuitenkin palkkaavat omistettuja integraattoreita tilanteisiin, joissa RTU:n robotit suorittavat erittäin tarkkoja töitä – esimerkiksi leikkaustehtävä (jossa suunnittelun on synkronoitava useiden akselien nivelet) tai valukappaleiden siirtäminen erilaisten työstökoneiden kautta.

Suurin haaste robottien siirtoyksiköiden suunnittelussa on ohjelmoida ne synkronoitumaan niiden kuljettamien robottikäsivarsien nivelen kanssa. Toiseksi suurin haaste on saada RTU:t ylläpitämään tarkkaa lineaarista liikettä useiden metrien yli.

Täyttää pitkien vetojen fyysiset vaatimukset
Joskus nopeus on RTU:n suunnittelun tärkein tavoite. Tämä on erityisen totta, kun RTU:t ottavat robotteja yli muutaman sadan metrin tai jopa enemmän erikoisasennuksissa. Suuri nopeus liikkuvien robottien – joskus tuhansia kiloja painavien käsien ja hyötykuormien – yhteydessä on suhteellista. Jotkut RTU:t voivat kuitenkin liikkua yli 10 jalkaa sekunnissa kiihtyvällä nopeudella yhteen grammaan.

Mutta usein tarkkuus on RTU:n suunnittelun tärkein tavoite. Harkitse sovellusta, jossa robotti auttaa yhteistyökykyistä työsolua esimerkiksi koneistuksessa. Tässä nopeus ja robotin työskentelyalueen laajentaminen ovat hyödyllisiä vain, jos ympäröivä runko pystyy pitämään tarkkuuden tiukasti. Tällaiset mallit tarvitsevat usein 0,02 mm:n tarkkuuden ja 0,2 mm:n asemoinnin toistettavuuden telaliikenteessä.

Sitä vastoin, jos sovellus käyttää robottivartta sovelluksissa, joissa mukautuvat ohjaimet vauhditetaan mutta jotka ovat vähemmän riippuvaisia ​​absoluuttisesta tarkkuudesta, muut asetukset voivat toimia. Tämä voi tapahtua jopa robottikäsivarrella varustetun liikkuvan ajoneuvon muodossa – esimerkiksi rahtikonttien purkamiseksi.

Suunnittelusta riippumatta vähäinen huolto ja pitkä käyttöikä ovat tärkeitä kaikille RTU-asennuksille, koska ne liittyvät yleensä useampaan kuin yhteen laitoksen toimintoon ja useisiin muihin koneisiin. Siksi RTU:n seisokkiaika usein poistaa muut asemat käytöstä.

Integroitu turvallisuus on myös tärkeää, koska monet RTU:t kuljettavat robotiikkaa kalliiden kenttien, kuten työstökoneiden tai jopa työntekijöiden, läpi – varsinkin kun ne toimivat vyöhykkeillä, joissa on kokoonpanohenkilöstöä.

Hihnat, ruuvit ja pneumatiikka RTU:lle
Keskialueen lineaarisia etäisyyksiä ajavat robottilaiturit käyttävät usein moottoreita, jotka on yhdistetty hihnakäyttöön. Nämä ovat suhteellisen yksinkertaisia ​​järjestelmiä, jotka käyttävät sähkömoottorikäyttöisiä hihnapyöriä luomaan jännitystä hihnaa pitkin ja kiihtymään nopeasti. Kuitenkin, kun ne saavuttavat pidempiä iskuja, voi syntyä ongelmia hihnan roikkumisesta, jos järjestelmä ei pysty ylläpitämään kireyttä koko pituudelta. Selvyyden vuoksi ongelma ei ole hyötykuorman rajoitus. Pikemminkin se on vaara menettää liikettä vyön yhteensopivuuden vuoksi.

Skaalautuvuusvaroituksesta on poikkeuksia. Joissakin RTU:issa hihnaakselit (jotka ohjataan yhteisestä vetoakselista) käyttävät harmonisia kammia. Tässä hihnakäytöt voivat säilyttää tarkkuuden pitkän iskun robotin paikannuksessa oikeissa olosuhteissa. Menestyneimmät hihnavetoiset RTU:t käyttävät kehystystä ja lineaarisia raitoja toisiaan täydentävissä orientaatioissa saadakseen lisää tarkkuutta hihnakäyttöisestä asennuksesta. Jotkut tällaiset hihnakäyttöisillä kiskotoimilaitteilla varustetut RTU:t voivat pitää toistettavuuden ± 0,001 tuumassa jopa siirrettäessä yhden tonnin robotteja kymmenien jalkojen yli. Täällä (oikeiden kiskojen ansiosta) hihnakäyttöiset toimilaitteet tekevät RTU:sta vaihtoehtoja halvempia ja joustavampia.

Toinen vaihtoehto seitsemännelle akselille on kuularuuvikäyttöinen akseli. Tämä asetus puuttuu tärinään ja jousitukseen, joka voi syntyä hihnakäytöissä. Pohjimmiltaan kiinteä mekaaninen elementti ylläpitää hallintaa tarkkaa pysäyttämistä ja paikkaa varten.

Kuularuuvit toimivat yleensä hyvin noin kuuden metrin pituisissa asennuksissa ajoittaisten laakeritukien avulla. Pidemmillä akseleilla suurin ongelma on se, että ruuvit piiskaavat suurilla nopeuksilla, varsinkin jos ne eivät saa tarpeeksi tukea. Tämä johtuu siitä, että kuularuuvin akselit taipuvat oman painonsa alla. Sitten kriittisellä nopeudella (ruuvin akselin halkaisijan, suoruuden, kohdistuksen ja tukemattoman pituuden funktio) liike herättää akselin ominaistaajuuden. Joten maksiminopeus laskee kuularuuvin pituuden kasvaessa.

Joissakin kokoonpanoissa käytetään laakerilohkoja, jotka erottuvat ja painuvat yhteen – ja sitten pysyvät ja tukevat ruuvia pitempään piiskaamattoman pidennyksen aikaansaamiseksi. Erikoispitkissä kuularuuvikäyttöisissä teloissa valmistajien on kuitenkin liitettävä useita ruuveja (yleensä liimalla hitsauksen sijaan, jotta vältetään geometrian vääntyminen). Muussa tapauksessa ruuvilla on oltava erittäin suuri halkaisija piiska-ongelman ratkaisemiseksi. Joidenkin tällaisten kuularuuviin perustuvien asetusten iskut saavuttavat 10 metriä ja kulkevat 4 000 rpm:iin. Toinen varoitus: Robottiradoissa olevat ruuvit tarvitsevat suojan lialta ja roskilta. Kuitenkin työpaikoillaan kuularuuveilla varustettuja sähkömoottoreita käyttävät RTU:t käsittelevät suurempia kuormia kuin hihnakäyttöiset akselit.

Nestetehoa on myös pitkäkestoisiin järjestelmiin. Tällaiset pneumaattiset RTU:t ovat yleensä edullinen ratkaisu sovelluksiin, jotka tarvitsevat vain edestakaisen kahden pysähdyksen paikannusta. Keskimääräiset tarjoukset liikkuvat 2 m/s ja integroituvat muihin robotin ohjaimiin.

Lineaarimoottorit tarkkoihin RTU:hin
Pitkätahtisissa RTU:issa (esimerkiksi laboratoriorobotiikassa käytettäväksi) voidaan käyttää lineaarimoottorikäyttöjä. Useimmat tällaiset RTU:t sisältävät myös huippuluokan elektroniikkaa, absoluuttiantureita ja liikkeenohjauksen akseleiden seurantaan, jopa virheiden tai sammutusten jälkeen.

Lineaarimoottorille tyypillisempi ulottuvuus on noin neljä metriä. Tällainen ulottuvuus soveltuu paremmin pick-and-place- ja puolijohdekiekkojen käsittelyyn kuin raskaampiin RTU-sovelluksiin. Lyhyesti sanottuna RTU:n lineaarimoottorit ovat erityisen haastavia, koska ne täyttävät mekaanisen tarkkuuden, mutta niiden on kannettava raskaita hyötykuormia. Tämä edellyttää enemmän kalliita kestomagneetteja, jotka saavat lineaarimoottorit toimimaan niin hyvin.

Poikkeuksiakin on. Yksi maailmanennätys RTU tandem lineaarisilla toimilaitteilla otettiin käyttöön ja rakennettiin mittatilaustyönä automaatiokokoonpanoon, joka vaatii tarkkoja liikkeitä 12 metriin asti. Jäykät alumiiniset tukikiskot toimivat kahdella kuusirivisellä lineaarisella kierrättävällä kuulalaakerilla ja ohjausratakokoonpanolla. Kaksoisuralliset synkroniset lineaarimoottorit lähtövoimaan 4 200 N.

Hammastankosarjat RTU:ille
Tavallisimpia ovat kaupallisesti saatavilla olevat RTU:t, joissa käytetään hammastanko- ja hammaspyöräsarjoja. Tyypilliset pituudet ovat 15 metriä. Lineaarisen yksikön ohjaus on integroitu matemaattisesti kytketyksi akseliksi robottiohjaimeen, mikä eliminoi lisäohjaimen tarpeen. Monet tällaiset RTU:t säilyttävät tarkkuuden jopa 30 metrin iskuihin yhdistämällä harjattoman AC-servomoottorin ja planeettavaihteiston maadoitettuihin hammastanko- ja hammastankosarjoihin. Muissa asetuksissa käytetään vaunua, joka liikkuu yksireunaisen kiskon yli raskaiden telojen päällä lohkossa. Tässä kiskot ovat yleensä suorakaiteen muotoisia, ja teline on leikattu sisäreunaan. Ne voidaan yhdistää kaarevilla segmenteillä, jolloin se on hyödyllinen asettelu.

Jotkut robottia liikkuvalla alustalla liikuttavat RTU:t käyttävät karkaistusta teräksestä valmistettuja tasapintaisia ​​kiskoja ja yhdistävät nämä nokkaseuraajien klustereihin. Toiset käyttävät sähkömoottoria, jossa on kierteinen viisteen pienennys ja hihna. Sitten pitkällä sukkulaakselilla RTU:ssa on sähköinen vaihdemoottori, joka käyttää hammaspyörää, joka kytkeytyy hammastankoon.

Simulointi ja ohjelmointi RTU:t
On olemassa työkaluja, joiden avulla insinöörit voivat suunnitella RTU:iden polut ja koordinoida ne robottitoimintojen kanssa. Robottisimulaatioohjelmisto ja jopa jotkin liikeohjainmoduulit antavat insinöörien suunnitella reitit, ladata tuloksena syntyneen ohjelmiston ohjaimeen ja ohjata sitten robottia ja RTU:ta tällä yhdellä laitteistolla.

Toinen vaihtoehto on ohjelmistoyritysten ohjelmistot, jotka myyvät robottikehityssarjoja, jotka mahdollistavat useimpien robottien ohjelmoinnin API:iden kautta. Nämä ja lukemattomat muut ohjelmistotyökalut tekevät robotin asennuksesta helpompaa kuin koskaan, erityisesti tiimeille, joilla on kohtalainen liikkeenhallinta- tai CNC-kokemus. Alkusuunnittelun iteraatiot tapahtuvat yleensä offline-tietokoneohjelmoinnin kautta. Sitten kun henkilökunta asentaa robotin ja RTU:n, ohjelmointiohjelmisto synnyttää koodin, joka latautuu ohjaimiin. Ohjelmisto ohjaa RTU:ta ja robottia ohjelmoitujen polkujen kautta testaamaan ongelmia. Seuraavaksi asentaja käyttää riipusta robotin tarttujan, leikkurin tai päätelaitteen sijoittamiseen työkohtaisiin kohtiin tilassa samalla, kun ohjain tallentaa liikkeet. Muussa tapauksessa asentajat voivat käyttää riipusta koko asennuksessa ja sitten kiillottaa taustan liikeradat – tämä on yhä yleisempi lähestymistapa.

Varoitus: RTU:t vaikeuttavat robotin kalibrointia
Fyysisen asennuksen jälkeen RTU:t ja robotit tarvitsevat kalibroinnin. Havainto on, että teollisuusrobotit, jotka on yhdistetty RTU:hin, tekevät usein toistettavia mutta ei tarkkoja liikkeitä, joten ne tuottavat tulosliikettä, joka eroaa simulaatioiden likiarvoista. Yksin teollisuusrobottien keskimääräinen yksisuuntainen toistettavuus on 0,1–0,01 mm. Tyypilliset akselit yhdistävät välittömän vaihteiston ja moottorin, ja ohjain seuraa niitä kaikkia korkearesoluutioisilla koodereilla. Lähtöliikkeen tarkkuuden parantaminen tulee kalliiksi, koska kokoonpanot ja komponentit, kuten vaihteisto, aiheuttavat liikkeen katoamisen (enimmäkseen mekaanisen yhteensopivuuden vuoksi). Siksi ohjaimien on joissain tapauksissa usein kompensoitava millimetrien asteikolla oleva sijaintivirhe.

Perinteisessä robottikalibroinnissa käytetään kallista laserkohdistusta. Joskus tämä voi vähentää tulostusvirhettä kaksikymmentäkertaiseksi. Muuten robottivalmistajat tarjoavat tehdaskalibroinnin. Erikoistuneet robottikalibrointiyritykset tarjoavat myös palveluita, jotka voivat ottaa huomioon lisätyn RTU:n vaikutuksen robotin kokonaistarkkuuteen. Muuten kaksoiskamera-anturit mahdollistavat mittaustarkastuksen ja dynaamisen mittauksen optiikan ja erikoisvalaistuksen avulla. Mekaaniset kalibrointitavat ovat toinen vaihtoehto, vaikka niitä on vaikeampi soveltaa pitkillä raiteilla oleviin robotteihin.