Les systèmes de positionnement des robots sont de longues pistes dans les installations entrepôt, aérospatiale et automobile pour permettre à un robot d'effectuer plusieurs tâches. Également appelées unités de transfert de robots ou RTU ou systèmes de 7e axe, ces conceptions de mouvement sont de plus en plus courantes pour l'assemblage, le soudage à grande échelle et l'entreposage.

Contrairement aux configurations typiques dans lesquelles un robot boucle sur un sol, les RTU déplacent les robots à travers les cellules de travail et les usines et les ferment entre les stations. Les meilleures configurations pour les RTU sont celles qui sont simplement construites ou celles où les processus et les machines connexes peuvent être placés dans une rangée droite. Lorsque les RTU déplacent des robots à six axes, les pistes linéaires sont également parfois appelées le septième axe (ou moins souvent, lorsque le robot lui-même a sept degrés de liberté, le huitième axe). Lorsque ces pistes font partie d'un cadre, y compris des cadres à partir desquels le robot est suspendu, ce sont des portes.

Peu importe la morphologie du robot ou de la piste, le point de l'axe supplémentaire est d'ajouter un mouvement de translation. Cela prolonge l'enveloppe de travail ou permet à une outils de transport de robots ou à des outils. Dans certains arrangements, le premier permet à un robot de tendre plusieurs machines ou de choisir des palettes dans des rangées, ou de machine de très grands composants. Pour ces derniers, les applications communes sont l'emballage, le soudage, la coupe de plasma-arc et d'autres tâches mécaniques.

Ici, nous nous concentrons sur les options de conduite pour les RTU. Cependant, notez que les ingénieurs doivent également décider entre un tableau de guides et de roulements (généralement sous la forme de followers CAM ou de guides de profil).

Les options de conception et de conduite pour les RTU abondent
Bien que certaines portes incluent un cadrage pour inverser les robots et les suspendre pour un meilleur accès dans les machines d'en haut, les RTU qui boulonnent au sol et orientent le robot en position verticale sont les plus courants. Ces RTU ont en moyenne des charges utiles plus élevées, transportant des bras de robot et attrapé des charges pesant des milliers de livres.

Les ingénieurs peuvent acheter des RTU pré-ingérés ou construire des RTU en interne en utilisant une expertise du système de mouvement. Les plus simples sont des paires de piste linéaire qui portent des plates-formes auxquelles le robot boucle. Cependant, de nombreux OEM enruisent des intégrateurs dédiés pour des situations où les robots sur RTU effectueront des travaux de haute précision - par exemple, une tâche de coupe (où la conception doit synchroniser l'articulation de plusieurs axes) ou déplacer des moulages à travers divers outils de machine pour le traitement.

Le plus grand défi pour l'ingénierie des unités de transfert de robots est de les programmer pour se synchroniser avec l'articulation des armes de robot qu'ils portent. Le deuxième plus grand défi consiste à faire en sorte que les RTU maintiennent un mouvement linéaire précis sur plusieurs mètres.

Répondant aux exigences physiques pour les longs traits
Parfois, la vitesse est l'objectif de conception RTU primordial. C'est particulièrement vrai lorsque les RTU prennent des robots sur quelques centaines de pieds ou même plus dans des configurations de spécialité. Grande vitesse dans le contexte des robots en mouvement - les armes pesant parfois des milliers de livres plus leurs charges utiles - sont relatives. Cependant, certains RTU peuvent se déplacer à plus de 10 pieds / sec avec une accélération à un g.

Mais souvent, la précision est l'objectif de conception RTU primordial. Considérez une application où un robot aide une cellule de travail coopérative avec l'usinage, par exemple. Ici, la vitesse et l'extension de l'enveloppe de travail du robot ne sont utiles que si le cadre environnant peut maintenir la précision serrée. Ces conceptions nécessitent souvent une précision à 0,02 mm et le positionnement de la répétabilité à 0,2 mm environ pendant les mouvements de piste.

En revanche, si une application utilise un bras de robot pour les applications qui mettent des contrôles adaptatifs à l'épreuve mais dépendent moins de la précision absolue, d'autres configurations peuvent fonctionner. Cela peut même prendre la forme d'un véhicule mobile équipé d'un bras de robot - par exemple, pour décharger des conteneurs d'expédition.

Peu importe la conception, la faible maintenance et la longue durée de vie sont cruciales pour toutes les configurations RTU, car elles sont généralement associées à plus d'une fonction végétale et à plusieurs autres pièces de machines. Par conséquent, les temps d'arrêt de la RTU sortent souvent d'autres stations hors de commission.

La sécurité intégrée est également importante car de nombreux RTU déplacent la robotique à travers des champs a rempli des équipements coûteux tels que des machines-outils ou même des travailleurs, en particulier où ils fonctionnent autour des zones avec du personnel d'assemblage.

Ceintures, vis et pneumatique pour RTU
Les portiques de robot traversant les distances linéaires de milieu de gamme utilisent souvent des moteurs associés à des entraînements de ceinture. Ce sont des systèmes relativement simples qui utilisent des poulies électriques à moteur électrique pour créer des tensions le long d'une ceinture et accélérer rapidement. Cependant, à mesure qu'ils atteignent des accidents vasculaires cérébraux plus longs, des problèmes peuvent survenir avec des ceintures s'affaissant si le système ne peut pas maintenir la tension sur toute la longueur. Pour être clair, le problème n'est pas une limitation de charge utile. C'est plutôt un risque de perte de motion de la conformité à la ceinture.

Il y a des exceptions à la mise en garde d'évolutivité. Dans certains RTU, les axes de ceinture (provoqués d'un arbre de transmission commun) entraînent des manivelles harmoniques. Ici, les lecteurs de ceinture peuvent maintenir la précision du positionnement robotique à long terme dans les bonnes conditions. Les RTU, les plus performants à courroie, utilisent un cadrage et des pistes linéaires dans des orientations complémentaires pour obtenir plus de précision à partir de la configuration pilotée par la courroie. Certains RTU avec un actionneur de rail à courroie peuvent maintenir la répétabilité à ± 0,001 pouces, même en déplaçant des robots d'une tonne sur des dizaines de pieds. Ici (grâce aux bons rails) Les actionneurs axés sur la ceinture font des RTU qui sont moins chers et plus flexibles que les alternatives.

Une autre option pour le septième axe est un axe entraîné par la bille. Cette configuration traite des vibrations et des ressorts qui peuvent survenir dans les entraînements de ceinture. Essentiellement, un élément mécanique fixe maintient le contrôle de l'arrêt et du positionnement précis.

Les vis à billes fonctionnent généralement bien dans des configurations à environ six mètres de long avec l'aide de supports de roulement intermittents. Sur les axes plus longs, le principal problème est que les vis fouettent à grande vitesse, surtout s'ils n'obtiennent pas suffisamment de support. C'est parce que les arbres à billes se penchent sous leur propre poids. Ensuite, à une vitesse critique (fonction du diamètre de la piste de vis, de la rectitude, de l'alignement et de la longueur non soutenue) excite la fréquence naturelle de l'arbre. La vitesse maximale diminue donc à mesure que la longueur de cirse à billes augmente.

Certaines configurations utilisent des blocs de roulement qui se séparent et s'effondrent ensemble, puis restez et soutenez la vis pour une extension plus longue sans fouet. Cependant, pour les pistes à bille à billes extra-longues, les fabricants doivent rejoindre plusieurs vis (généralement avec de la colle au lieu du soudage pour éviter la géométrie déformée). Sinon, la vis doit avoir un diamètre extra-large pour résoudre le problème du fouet. Des accidents vasculaires cérébraux de ces configurations basées sur des billes atteignent 10 mètres et passent à 4 000 tr / min. Une autre mise en garde: les vis dans les pistes des robots nécessitent un protéger de la saleté et des débris. Cependant, là où ils travaillent, les RTU utilisant des moteurs électriques associés à des vis à billes gèrent des charges plus grandes que les axes pilotés par la courroie.

La puissance fluide pour les configurations à long terme existe également. Ces RTU pneumatiques sont généralement une solution à faible coût pour les applications qui n'ont besoin que de positionnement à deux arrêts. Les offres moyennes se déplacent 2 m / sec et s'intégrer à d'autres commandes de robots.

Moteurs linéaires pour les RTU de précision
Les RTU à long terme (pour une utilisation en robotique de laboratoire, par exemple) peuvent utiliser des lecteurs linéaires-moteurs. La plupart de ces RTU comprennent également l'électronique de pointe, les encodeurs absolus et le contrôle de mouvement pour le suivi des axes, même après des erreurs ou des arrêts.

Plus typique de la portée d'un moteur linéaire est de quatre mètres environ. Une telle portée convient plus à la manipulation de la plaquette de pick-and-place et de semi-conducteur que les applications RTU plus lourdes. En bref, les moteurs linéaires dans les RTU sont particulièrement difficiles car ils livrent la précision mécanique mais doivent transporter de lourdes charges utiles. Cela nécessite plus d'aimants permanents coûteux qui font que les moteurs linéaires fonctionnent si bien.

Il y a des exceptions. Un RTU record du monde avec des actionneurs linéaires en tandem a été mis en service et construit sur mesure pour une configuration d'automatisation nécessitant des mouvements de précision à 12 m. Les rails de support en aluminium rigide fonctionnent avec deux roulements à billes de recirculation linéaires à six rangées et des assemblages de guides. Des moteurs linéaires synchrones à fentes jumelles forcent la force de sortie à 4 200 N.

Ensembles de rack et de pinion pour RTU
Les RTU disponibles dans le commerce utilisant des ensembles de rack-and-Pinion sont les plus courants. Les longueurs typiques atteignent 15 mètres. Le contrôle de l'unité linéaire est intégré comme un axe couplé mathématiquement dans le contrôleur de robot, ce qui élimine le besoin d'un contrôleur supplémentaire. Beaucoup de ces RTU maintiennent la précision même à des accidents vasculaires cérébraux de 30 mètres en jumelant un servomoteur AC sans balais et une boîte de vitesses planétaires avec des ensembles de rack et de pinion hélicoïdaux. D'autres configurations utilisent un chariot qui se déplace sur un rail de bord unique sur des rouleaux lourds dans un bloc. Ici, les rails sont généralement rectangulaires avec une grille coupée dans un bord intérieur. Ceux-ci peuvent se joindre aux segments incurvés où il s'agit d'une disposition utile.

Certains RTU qui déplacent le robot sur la plate-forme de déplacement utilisent des rails à surface plate en acier durci et les associer à des grappes de cames de came. D'autres utilisent un moteur électrique avec un réducteur de biseau hélicoïdal et une courroie pour alimenter la plate-forme. Ensuite, sur le long axe de la navette, le RTU arbore un moteur de vitesse électrique conduisant un pignon en engageant un rack.

RTU de simulation et de programmation
Il existe des outils pour permettre aux ingénieurs planifier les chemins de RTU et coordonner ceux avec les fonctions du robot. Le logiciel de simulation de robot et même certains modules de contrôleur de mouvement permettent aux ingénieurs de planifier des pistes, de charger le logiciel résultant sur un contrôleur, puis de contrôler le robot et la RTU avec ce seul matériel.

Une autre option est le logiciel de sociétés de logiciels dédiées qui vendent des kits de développement de robots, qui permettent la programmation de la plupart des marques de robot via des API. Ceux-ci et une myriade d'autres outils logiciels facilitent la configuration des robots, en particulier pour les équipes ayant un contrôle de mouvement modéré ou une expérience CNC. Les itérations de conception initiales se produisent généralement grâce à la programmation PC hors ligne. Ensuite, lorsque le personnel installe le robot et la RTU, le logiciel de programmation engendre du code qui se charge sur les contrôles. Le logiciel entraîne le RTU et le robot à travers des chemins programmés pour tester les problèmes. Ensuite, le programme d'installation utilise un pendentif pour positionner la pince, le coupeur ou l'effecteur final du robot aux points spécifiques au travail dans l'espace tandis que le contrôleur enregistre les mouvements. Sinon, les installateurs peuvent utiliser un pendentif pour toute la configuration, puis polir les trajectoires sur le backend - une approche de plus en plus courante.

Mise en garde: RTU complique le calibration du robot
Après la configuration physique, les RTU et les robots ont besoin d'étalonnage. La capture est que les robots industriels associés à des RTU font souvent des mouvements reproductibles mais pas précis, donc le mouvement de sortie de rendement qui diffère des approximations de simulation. Seul, les robots industriels ont moyen une répétabilité unidirectionnelle de 0,1 mm à 0,01 mm. Les axes typiques associent une tête de réduction et un moteur zéro-backlash, et un contrôleur les suit tous avec des encodeurs haute résolution. L'augmentation de la précision de mouvement de sortie est encore plus cher, car les assemblages et les composants tels que l'engrenage introduisent le mouvement perdu (principalement en raison de la conformité mécanique). Par conséquent, les contrôles doivent souvent compenser l'erreur de position sur l'échelle des millimètres dans certains cas.

L'étalonnage traditionnel du robot utilise un alignement laser coûteux. Parfois, cela peut diminuer l'erreur de sortie vingt. Sinon, les fabricants de robots offrent un étalonnage d'usine. Les sociétés d'alibrations de robot dédiées offrent également des services qui peuvent tenir compte de l'effet d'une RTU supplémentaire sur la production globale de précision du robot. Sinon, les capteurs à double caméra permettent l'inspection de sondage et la mesure dynamique via l'optique et l'éclairage spécial. Les modes mécaniques d'étalonnage sont une autre option, bien qu'ils soient plus difficiles à appliquer aux robots sur de longues pistes.