I sistemi di posizionamento dei robot sono lunghi binari in magazzini, aerospace e strutture automobilistiche per consentire a un robot di svolgere più attività. Chiamati anche unità di trasferimento robot o RTU o sistemi di 7 ° assi, questi progetti di movimento sono sempre più comuni per l'assemblaggio, la saldatura su larga scala e il deposito.

Contrariamente alle configurazioni tipiche in cui un robot si imbianca su un pavimento, RTUS spostano i robot attraverso cellule di lavoro e fabbriche e li spingono tra le stazioni. Le migliori configurazioni per le RTU sono quelle che sono appena costruite o quelle in cui i processi e le macchine correlate possono essere messi in una riga dritta. Laddove le RTU muovono i robot a sei assi, le tracce lineari sono talvolta anche chiamate l'asse settimo (o meno comunemente, quando il robot stesso ha sette gradi di libertà, l'ottavo asse). Quando queste tracce fanno parte di una cornice, compresi i fotogrammi da cui è appeso il robot, sono gantries.

Indipendentemente dal robot o dalla morfologia della traccia, il punto dell'asse extra è aggiungere un movimento traslazionale. Ciò estende la busta di lavoro o consente a un robot di trasportare pezzi di lavoro o strumenti. In alcune disposizioni, il primo consente a un robot di tende a più macchine o di raccogliere pallet da righe o di componenti molto grandi. Per quest'ultimo, le applicazioni comuni sono l'imballaggio, la saldatura, il taglio dell'arco plasmatico e altre attività meccaniche.

Qui ci concentriamo sulle opzioni di guida per le RTU. Tuttavia, si noti che gli ingegneri devono anche decidere tra una serie di guide e cuscinetti (di solito sotto forma di seguaci della cam o guide di profilo).

Abbondano le opzioni di progettazione e guida per RTU
Sebbene alcuni gantrie includano l'inquadratura per invertire i robot e sospenderli per un migliore accesso in macchine dall'alto, le RTU che si bloccano sul pavimento e orientano il robot in posizione verticale sono più comuni. Questi RTU hanno in media carichi utili più alti, trasportando braccia robot e hanno preso carichi che pesano migliaia di sterline.

Gli ingegneri possono acquistare RTU pre-ingegnerizzate o costruire Rtus internamente utilizzando la competenza del sistema di movimento. Le più semplici sono le coppie di binari lineari che portano piattaforme a cui i robot bulloni. Tuttavia, molti OEM arruolano integratori dedicati per situazioni in cui i robot su RTU svolgeranno lavori ad alta precisione, ad esempio un'attività di taglio (in cui il design deve sincronizzare l'articolazione di più assi) o spostare le gette attraverso varie macchine utensili per l'elaborazione.

La più grande sfida alle unità di trasferimento di robot ingegneristiche è programmarli per sincronizzare con l'articolazione dei bracci robot che trasportano. La seconda sfida più grande è convincere le RTU a mantenere un movimento lineare accurato su molti metri.

Soddisfare i requisiti fisici per i colpi lunghi
A volte la velocità è l'obiettivo di progettazione RTU principale. Ciò è particolarmente vero quando le RTU prendono robot oltre un paio di centinaia di metri o ancora di più nelle configurazioni speciali. Alta velocità nel contesto di robot in movimento - a volte le armi che pesano migliaia di sterline più i loro carichi utili - è relativo. Tuttavia, alcune RTU possono spostarsi a più di 10 piedi/sec con accelerazione a un g.

Ma spesso l'accuratezza è l'obiettivo di design RTU prevalente. Prendi in considerazione un'applicazione in cui un robot aiuta una cellula di lavoro cooperativa con la lavorazione, per esempio. Qui, la rapidità e l'estensione dell'involucro del lavoro del robot sono utili solo se il framework circostante può contenere la precisione. Tali design richiedono spesso precisione a 0,02 mm e posizionamento di ripetibilità a 0,2 mm circa durante i movimenti della traccia.

Al contrario, se un'applicazione utilizza un braccio robot per applicazioni che mettono controlli adattivi attraverso i passi ma sono meno dipendenti dalla precisione assoluta, possono funzionare altre configurazioni. Ciò può anche assumere la forma di un veicolo mobile dotato di un braccio robot, ad esempio per scaricare i container di spedizione.

Indipendentemente dal design, la bassa manutenzione e la lunga vita sono cruciali per tutte le configurazioni RTU, poiché sono solitamente associate a più di una funzione vegetale e a molti altri macchinari. Pertanto, i tempi di inattività di RTU spesso portano altre stazioni fuori servizio.

La sicurezza integrata è anche importante perché molti RTU spostano la robotica attraverso campi popolati costosi come macchine utensili o persino lavoratori, specialmente dove operano intorno alle zone con il personale di montaggio.

Cinture, viti e pneumatici per RTU
I gantrie robot che attraversano distanze lineari di fascia media spesso usano motori abbinati a unità a cinghia. Questi sono sistemi relativamente semplici che utilizzano pulegge a motore elettrico per creare tensione lungo una cinghia e accelerare rapidamente. Tuttavia, man mano che raggiungono colpi più lunghi, possono sorgere problemi con le cinture di rilassamento se il sistema non può mantenere la tensione su tutta la lunghezza. Per essere chiari, il problema non è la limitazione del payload. Piuttosto, è un rischio di movimento perso dalla conformità della cintura.

Ci sono eccezioni al avvertimento di scalabilità. In alcuni RTU, gli assi della cinghia (guidati da un albero di trasmissione comune) di trasmissione armonica. Qui, le unità a cinghia possono mantenere l'accuratezza del posizionamento robotico a lungo termine nelle giuste condizioni. Le RTU a cinghia più efficaci utilizzano inquadratura e tracce lineari in orientamenti complementari per ottenere maggiore precisione dalla configurazione a cinghia. Alcuni di questi RTU con un attuatore ferroviario guidato dalla cintura possono mantenere una ripetibilità a ± 0,001 in, anche mentre si spostano robot di una tonnellata su dozzine di piedi. Qui (grazie agli Attuatori a cinghia delle rotaie giuste) creano RTU più economici e più flessibili delle alternative.

Un'altra opzione per il settimo asse è un asse a sfera. Questa configurazione affronta le vibrazioni e la sorgente che possono sorgere in unità a cinghia. Essenzialmente un elemento meccanico fisso mantiene il controllo per l'arresto e il posizionamento precisi.

Le viti da sfera generalmente funzionano bene nelle configurazioni a circa sei metri con l'aiuto di supporti per cuscinetti intermittenti. Su assi più lunghi, il problema principale è che le viti frustano ad alte velocità, soprattutto se non ottengono abbastanza supporto. Questo perché gli alberi a sfrenatura si piegano sotto il loro peso. Quindi a velocità critica (una funzione del diametro dell'albero a vite, il movimento di rettilineità, allineamento e lunghezza non supportata) eccita la frequenza naturale dell'albero. Quindi la velocità massima diminuisce all'aumentare della lunghezza della vite da sfera.

Alcune configurazioni utilizzano blocchi di cuscinetti che si separano e collassano insieme, e quindi rimangono e supportano la vite per un'estensione più lunga. Tuttavia, per le tracce extra-lunghe a sfera, i produttori devono unire più viti (di solito con colla anziché saldatura per evitare la geometria deformata). Altrimenti, la vite deve avere un diametro extra-large per affrontare il problema della frusta. I colpi di alcune configurazioni a base di sfrenatura raggiungono 10 metri e vanno a 4.000 giri / min. Un altro avvertimento: le viti nei binari del robot devono essere protetti da sporco e detriti. Tuttavia, dove funzionano, le RTU usando motori elettrici abbinati a vite a sfere maneggiano carichi più grandi rispetto agli assi a cinghia.

Esistono anche potenza fluida per configurazioni a lungo termine. Tali RTU pneumatiche sono generalmente una soluzione a basso costo per applicazioni che necessitano solo di posizionamento a due stop avanti e indietro. Le offerte medie si muovono 2 m/sec e si integrano con altri controlli robot.

Motori lineari per RTU di precisione
Le RTU a lungo termine (per l'uso in robotica di laboratorio, ad esempio) possono usare unità lineari a motori. La maggior parte di tali RTU include anche elettronica all'avanguardia, encoder assoluti e controllo del movimento per il monitoraggio degli assi, anche dopo errori o arresti.

Più tipico della portata di un motore lineare è di circa quattro metri. Tale portata è più adatta alla gestione dei wafer di pick-and-place e semiconduttore rispetto alle applicazioni RTU più pesanti. In breve, i motori lineari nelle RTU sono particolarmente impegnativi perché offrono l'accuratezza meccanica ma devono trasportare carichi utili pesanti. Ciò richiede più costosi magneti permanenti che fanno funzionare così bene i motori lineari.

Ci sono eccezioni. Un RTU record mondiale con attuatori lineari in tandem è stato commissionato e costruito su misura per una configurazione di automazione che necessita di spostamenti di precisione a 12 m. Le rotaie di supporto in alluminio rigide funzionano con due cuscinetti a sfera di ricircolo lineare a sei file e gruppi guida. Forza di uscita di motori lineari sincroni a doppio slot a 4.200 N.

Set di rack-and-pinion per RTU
Le RTU disponibili in commercio utilizzando set di rack-and-pinion sono più comuni. Lunghezze tipiche raggiungono 15 metri. Il controllo dell'unità lineare è integrato come asse matematicamente accoppiato nel controller robot, che elimina la necessità di un controller aggiuntivo. Molti di questi RTU mantengono l'accuratezza anche a colpi di 30 metri abbinando un servomotore AC senza pennello e un cambio planetario con set di rastrelliere e-pinion elicoidali macinati. Altre configurazioni usano un carrello che si muove su un binario singolo su rulli pesanti in un blocco. Qui, le rotaie sono generalmente rettangolari con una griglia tagliata in un bordo interno. Questi possono unirsi a segmenti curvi in ​​cui è un layout utile.

Alcuni RTU che spostano il robot sulla piattaforma itinerante utilizzano binari a superficie piana realizzati in acciaio indurito e li accoppiano con cluster per il pilotaggio a camme. Altri usano un motore elettrico con un riduttore e una cintura di smussatura elicoidale per alimentare la piattaforma. Quindi sull'asse della navetta lunga, la RTU sfoggia un moto elettrico che guida un pignone che coinvolge un rack.

Simulazione e programmazione RTU
Esistono strumenti per consentire agli ingegneri di pianificare i percorsi di RTU e coordinare quelli con le funzioni del robot. Il software di simulazione di robot e persino alcuni moduli di controllo del movimento consentono agli ingegneri di pianificare tracce, caricare software risultante su un controller e quindi controllare il robot e la RTU con quell'hardware.

Un'altra opzione è il software di società di software dedicate che vendono kit di sviluppo robot, che consentono la programmazione della maggior parte dei marchi di robot tramite API. Questi e miriadi di altri strumenti software rendono l'installazione dei robot più semplice che mai, in particolare per i team con esperienza di controllo del movimento o CNC moderato. Le iterazioni di progettazione iniziale di solito si verificano attraverso la programmazione di PC offline. Quindi, quando il personale installa il robot e la RTU, il software di programmazione genera il codice che si carica sui controlli. Il software guida l'RTU e il robot attraverso percorsi programmati per testare i problemi. Successivamente il programma di installazione utilizza un ciondolo per posizionare la pinza, il cutter o l'effettore del robot per punti specifici del lavoro nello spazio mentre il controller registra le mosse. Altrimenti, gli installatori possono utilizzare un ciondolo per l'intera configurazione e quindi le traiettorie lucide sul backend, un approccio sempre più comune.

Avvertenza: RTUS complica la calibrazione del robot
Dopo la configurazione fisica, RTU e robot necessitano di calibrazione. La cattura è che i robot industriali abbinati a RTU rendono spesso mosse ripetibili ma non accurate, quindi producono un movimento di uscita che differisce dalle approssimazioni di simulazione. Solo, robot industriali ripetibilità unidirezionale media da 0,1 mm a 0,01 mm. Gli assi tipici abbinano un arresto e un motore a backlash zero e un controller li tiene traccia tutti con codificanti ad alta risoluzione. L'aumento della precisione del movimento di uscita diventa ulteriormente costosa, poiché assembly e componenti come gli ingranaggi introducono il movimento perso (principalmente a causa della conformità meccanica). Pertanto, i controlli devono spesso compensare l'errore posizionale sulla scala dei millimetri in alcuni casi.

La calibrazione del robot tradizionale utilizza un costoso allineamento laser. A volte questo può ridurre l'errore di output di venti volte. Altrimenti, i produttori di robot offrono calibrazione in fabbrica. Le società dedicate di calibrazione robot offrono anche servizi in grado di tenere conto dell'effetto di un RTU aggiunto sull'output generale di precisione robot. Altrimenti, i sensori a doppia fotocamera consentono l'ispezione dell'alimentazione e la misurazione dinamica tramite ottica e illuminazione speciale. Le modalità meccaniche di calibrazione sono un'altra opzione, sebbene siano più difficili da applicare ai robot su lunghe tracce.