מערכות מיקום רובוטים הן מסלולים ארוכים במתקני מחסנים, תעופה וחלל ומכוניות כדי לאפשר לרובוט אחד לבצע משימות מרובות. המכונה גם יחידות העברת רובוטים או RTUs או מערכות ציר 7, עיצובי תנועה אלה נפוצים יותר ויותר להרכבה, ריתוך בקנה מידה גדול ואחסנה.

בניגוד להגדרות טיפוסיות שבהן רובוט נצמד לרצפה, RTUs מעבירים רובוטים דרך תאי עבודה ומפעלים ומעבירים אותם בין תחנות. ההגדרות הטובות ביותר עבור RTUs הן אלה שנבנות זה עתה או כאלה שבהן ניתן לשים תהליכים ומכונות קשורות בשורה ישרה. כאשר RTUs מזיזים רובוטים בעלי שישה צירים, המסלולים הליניאריים נקראים לפעמים גם הציר השביעי (או פחות נפוץ, כאשר לרובוט עצמו יש שבע דרגות חופש, הציר השמיני). כאשר המסלולים האלה הם חלק ממסגרת, כולל מסגרות שהרובוט תלוי מהן, הן משקיפות.

לא משנה מורפולוגיה של הרובוט או המסלול, המטרה של הציר הנוסף היא להוסיף תנועה תרגום. זה מרחיב את מעטפת העבודה או מאפשר לרובוט להעביר חלקי עבודה או כלים. בהסדרים מסוימים, הראשון מאפשר לרובוט לטפל במספר מכונות או לאסוף משטחים משורות, או לעבד רכיבים גדולים מאוד. עבור האחרונים, יישומים נפוצים הם אריזה, ריתוך, חיתוך קשת פלזמה ומשימות מכניות אחרות.

כאן אנו מתמקדים באפשרויות הנעה עבור RTUs. עם זאת, שימו לב שמהנדסים חייבים גם להחליט בין מערך של מדריכים ומסבים (בדרך כלל בצורה של עוקבי פקה או מובילי פרופיל).

אפשרויות עיצוב והנעה עבור RTUs בשפע
למרות שחלק מהגבלים כוללים מסגור כדי להפוך רובוטים ולהשעיית אותם לגישה טובה יותר למכונות מלמעלה, RTUs שמתברגים לרצפה ומכוונים את הרובוט זקוף הם הנפוצים ביותר. ל-RTUs אלו יש מטענים גבוהים יותר בממוצע, נושאים זרועות רובוטים ומטענים תפסים במשקל אלפי קילוגרמים.

מהנדסים יכולים לקנות RTUs מהונדסים מראש או לבנות RTUs בתוך הבית תוך שימוש במומחיות של מערכת תנועה. הפשוטים ביותר הם זוגות מסלולים ליניאריים הנושאים פלטפורמות שהרובוט נצמד אליהן. עם זאת, יצרני OEM רבים מגייסים אינטגרטורים ייעודיים למצבים שבהם רובוטים על RTUs יבצעו עבודות ברמת דיוק גבוהה - למשל, משימת חיתוך (בה התכנון חייב לסנכרן את המפרקים של מספר צירים) או העברת יציקות דרך כלי מכונות שונים לעיבוד.

האתגר הגדול ביותר להנדסת יחידות העברת רובוטים הוא תכנותן כך שיסתנכרנו עם חיבורן של זרועות הרובוט שהן נושאות. האתגר השני בגודלו הוא לגרום ל-RTUs לשמור על תנועה ליניארית מדויקת לאורך מטרים רבים.

עמידה בדרישות פיזיות למשיכות ארוכות
לפעמים מהירות היא מטרת התכנון העליונה של RTU. זה נכון במיוחד כאשר RTUs לוקחים רובוטים מעל כמה מאות רגל או אפילו יותר בהגדרות מיוחדות. מהירות גבוהה בהקשר של רובוטים נעים - לפעמים זרועות השוקלות אלפי פאונד פלוס המטענים שלהן - היא יחסית. עם זאת, חלק מה-RTUs יכולים לנוע במהירות של יותר מ-10 רגל/שנייה עם האצה לגרם אחד.

אבל לעתים קרובות, דיוק הוא מטרת התכנון העליונה של RTU. שקול יישום שבו רובוט עוזר לתא עבודה שיתופי בעיבוד שבבי, למשל. כאן, מהירות והרחבה של מעטפת העבודה של הרובוט שימושיים רק אם המסגרת הסובבת יכולה להחזיק דיוק חזק. עיצובים כאלה זקוקים לרוב לדיוק של 0.02 מ"מ ולחזרה של מיקום עד 0.2 מ"מ לערך במהלך תנועות המסלול.

לעומת זאת, אם אפליקציה משתמשת בזרוע רובוט עבור יישומים שמעבירים בקרות אדפטיביות דרך הצעדים אך פחות תלויות בדיוק מוחלט, הגדרות אחרות עשויות לעבוד. זה עשוי אפילו ללבוש צורה של רכב נייד המצויד בזרוע רובוט - למשל לפריקת מכולות משלוח.

לא משנה העיצוב, תחזוקה נמוכה וחיים ארוכים הם חיוניים עבור כל הגדרות ה-RTU, מכיוון שהם משויכים בדרך כלל ליותר מתפקוד מפעל אחד ולכמה חלקי מכונות אחרים. לכן, השבתה של RTU לעתים קרובות מוציאה תחנות אחרות מפעילות.

בטיחות משולבת חשובה גם מכיוון ש-RTUs רבים מעבירים רובוטיקה דרך שדות המאוכלסים בציוד יקר כגון כלי מכונות או אפילו עובדים - במיוחד כאשר הם פועלים סביב אזורים עם צוות הרכבה.

חגורות, ברגים ופניאומטיקה עבור RTUs
גבולי רובוט שחוצים מרחקים לינאריים בטווח בינוני משתמשים לרוב במנועים בשילוב עם כונני רצועה. מדובר במערכות פשוטות יחסית המשתמשות בגלגלות מונעות באמצעות מנוע חשמלי כדי ליצור מתח לאורך רצועה ולהאיץ במהירות. עם זאת, כאשר הם מגיעים לתנועות ארוכות יותר, בעיות עלולות להתעורר עם נפילה של חגורות אם המערכת לא יכולה לשמור על מתח לאורך כל האורך. שיהיה ברור, הבעיה אינה הגבלת מטען. במקום זאת, מדובר בסיכון לאיבוד תנועה עקב תאימות לחגורה.

ישנם יוצאים מן הכלל לסייג המדרגיות. בחלק מה-RTU, צירי רצועה (מונעים מגל הנעה משותף) מניעים ארכובה הרמוניים. כאן, כונני רצועה יכולים לשמור על דיוק עבור מיקום רובוטי ארוך מהלך בתנאים הנכונים. רוב ה-RTUs המונעים על ידי חגורה המוצלחים משתמשים במסגרות ובמסלולים ליניאריים באוריינטציות משלימות כדי לקבל דיוק רב יותר מההתקנה המונעת על ידי החגורה. כמה RTUs כאלה עם מפעילי מסילה מונעים על ידי רצועה יכולים להחזיק בחזרה של ± 0.001 אינץ', אפילו בזמן העברת רובוטים בטון אחד על פני עשרות רגלים. כאן (הודות למסילות הנכונות) מפעילים מונעי רצועה מייצרים RTUs זולים וגמישים יותר מאלטרנטיבות.

אפשרות נוספת עבור הציר השביעי היא ציר מונע בבורג. הגדרה זו מטפלת ברטט וקפיצות שעלולים להיווצר בהנעי רצועה. בעצם אלמנט מכני קבוע שומר על שליטה לעצירה ומיקום מדויקים.

ברגים כדוריים בדרך כלל פועלים היטב בהגדרות עד כשישה מטרים באורך בעזרת תומכי מיסבים לסירוגין. בצירים ארוכים יותר, הבעיה העיקרית היא שהברגים מצליפים במהירויות גבוהות, במיוחד אם הם לא מקבלים מספיק תמיכה. זה בגלל שפירי בורג כדוריים מתכופפים תחת המשקל שלהם. ואז במהירות קריטית (פונקציה של קוטר בורג-פיר, ישרות, יישור ואורך לא נתמך) תנועה מעוררת את התדר הטבעי של הציר. אז המהירות המרבית יורדת ככל שאורך בורג הכדור גדל.

הגדרות מסוימות משתמשות בלוקי מיסבים הנפרדים ומתמוטטים יחד - ולאחר מכן נשארים ותומכים בבורג להארכה ארוכה יותר ללא שוט. עם זאת, עבור פסים ארוכים במיוחד המונעים בבורג כדורי, היצרנים חייבים לחבר מספר ברגים (בדרך כלל עם דבק במקום ריתוך כדי למנוע גיאומטריה מעוותת). אחרת, הבורג חייב להיות בעל קוטר גדול במיוחד כדי לטפל בבעיית השוט. משיכות מכמה מערכים כאלה המבוססים על בורג כדור מגיעים ל-10 מטרים ועוברים ל-4,000 סל"ד. אזהרה נוספת: ברגים במסילות רובוטים זקוקים למיגון מפני לכלוך ופסולת. עם זאת, היכן שהם עובדים, RTUs המשתמשים במנועים חשמליים בשילוב עם ברגי כדורים מטפלים בעומסים גדולים יותר מאשר צירים מונעי רצועה.

קיים גם כוח נוזלים עבור הגדרות ארוכות. RTUs פנאומטיים כאלה הם בדרך כלל פתרון בעלות נמוכה עבור יישומים שצריכים רק מיקום הלוך ושוב בשני עצירות. הצעות ממוצעות נעות 2 מ' לשנייה ומשתלבות עם פקדי רובוט אחרים.

מנועים לינאריים עבור RTUs מדויק
RTUs ארוכי מהלך (לשימוש ברובוטיקה במעבדה, למשל) יכולים להשתמש בכוננים עם מנוע ליניארי. רוב RTUs כאלה כוללים גם אלקטרוניקה מתקדמת, מקודדים מוחלטים ובקרת תנועה למעקב אחר צירים, גם לאחר שגיאות או כיבויים.

אופייני יותר לטווח הגעה של מנוע ליניארי הוא ארבעה מטרים בערך. טווח הגעה כזה מתאים יותר לטיפול ב-pick-and-place ובמוליכים למחצה מאשר יישומי RTU כבדים יותר. בקיצור, מנועים לינאריים ב-RTUs הם מאתגרים במיוחד מכיוון שהם מספקים את הדיוק המכני אך חייבים לשאת מטענים כבדים. זה מצריך יותר מהמגנטים הקבועים היקרים שגורמים למנועים ליניאריים לתפקד כל כך טוב.

יש יוצאים מן הכלל. RTU אחד עם שיא עולמי עם מפעילים לינאריים טנדם הוזמן ונבנה בהתאמה אישית עבור מערך אוטומציה הדורש מעבר מדויק ל-12 מ'. מסילות תמיכה מאלומיניום קשיחות פועלות עם שני מיסבים כדוריים ליניאריים מחזירים שש שורות ומכלולי מנחה. מנועים ליניאריים סינכרוניים מחורצים כפולים מוציאים כוח ל-4,200 N.

ערכות מתלה עבור RTUs
RTU זמינים מסחרית המשתמשים בסט מתלים הם הנפוצים ביותר. אורכים אופייניים מגיעים ל-15 מטר. השליטה ביחידה הליניארית משולבת כציר צמוד מתמטי בבקר הרובוט, מה שמייתר את הצורך בבקר נוסף. RTUs רבים כאלה שומרים על דיוק אפילו עד מהלומות של 30 מטר על ידי חיבור מנוע AC סרוו ללא מברשות ותיבת הילוכים פלנטרית עם ערכות מתלה סליל קרקע. הגדרות אחרות משתמשות בכרכרה הנעה על מסילה חד-קצה על גלילים כבדים בבלוק. כאן, המסילות הן בדרך כלל מלבניות עם מתלה חתוך לקצה הפנימי. אלה יכולים להצטרף לקטעים מעוקלים שבהם זו פריסה מועילה.

חלק מה-RTUs שמניעים את הרובוט על הפלטפורמה הנוסעים משתמשים במסילות שטוחות העשויות מפלדה מוקשה ומצמידים אותן לאשכולות עוקבי פקה. אחרים משתמשים במנוע חשמלי עם מפחית שיפוע סליל וחגורה כדי להפעיל את הפלטפורמה. לאחר מכן, על ציר המעבורת הארוך, ה-RTU כולל מנוע הילוכים חשמלי המניע פיניון המשלב מתלה.

סימולציה ותכנות RTUs
קיימים כלים המאפשרים למהנדסים לתכנן את הנתיבים של RTUs ולתאם את אלה עם פונקציות הרובוט. תוכנת הדמיית רובוט ואפילו כמה מודולים של בקרי תנועה מאפשרים למהנדסים לתכנן מסלולים, לטעון את התוכנה המתקבלת על בקר, ולאחר מכן לשלוט ברובוט וב-RTU עם החלק הזה של חומרה.

אפשרות נוספת היא תוכנה של חברות תוכנה ייעודיות שמוכרות ערכות פיתוח רובוטים, המאפשרות תכנות של רובוט מכל מותג באמצעות ממשקי API. אלה ושלל כלי תוכנה אחרים הופכים את הגדרת הרובוט לקלה מתמיד, במיוחד עבור צוותים עם ניסיון בשליטה בתנועה או ב-CNC מתונה. חזרות עיצוב ראשוניות מתרחשות בדרך כלל באמצעות תכנות מחשב לא מקוון. לאחר מכן, כאשר הצוות מתקין את הרובוט ואת ה-RTU, תוכנת התכנות מולידה קוד שנטען על הפקדים. התוכנה מניעה את ה-RTU והרובוט דרך נתיבים מתוכנתים כדי לבדוק בעיות. בשלב הבא המתקין משתמש בתליון כדי למקם את האוחז, החותך או הקצה של הרובוט לנקודות ספציפיות לעבודה בחלל בזמן שהבקר מתעד את המהלכים. אחרת, המתקינים יכולים להשתמש בתליון עבור כל ההתקנה ולאחר מכן ללטש מסלולים בקצה האחורי - גישה נפוצה יותר ויותר.

אזהרה: RTUs מסבכים את כיול הרובוטים
לאחר הגדרה פיזית, RTUs ורובוטים זקוקים לכיול. המלכוד הוא שרובוטים תעשייתיים מזווגים עם RTUs עושים לעתים קרובות מהלכים הניתנים לחזרה אך לא מדויקים, ולכן מניבים תנועת פלט השונה מקירוב סימולציה. לבד, רובוטים תעשייתיים ממוצעים חוזרים חד-כיווניים של 0.1 מ"מ עד 0.01 מ"מ. צירים טיפוסיים מצמידים ראש הילוכים עם מנוע אפס-גב, ובקר עוקב אחר כולם באמצעות מקודדים ברזולוציה גבוהה. הגברת דיוק תנועת הפלט עוד יותר מתייקרת, מכיוון שמכלולים ורכיבים כגון גיר מציגים תנועה אבודה (בעיקר עקב תאימות מכנית). לכן, בקרות חייבות לעיתים קרובות לפצות על שגיאות מיקום בקנה מידה של מילימטרים במקרים מסוימים.

כיול רובוט מסורתי משתמש ביישור לייזר יקר. לפעמים זה יכול להקטין את שגיאת הפלט פי עשרים. אחרת, יצרני הרובוטים מציעים כיול במפעל. חברות ייעודיות לכיול רובוטים מציעות גם שירותים שיכולים להסביר את ההשפעה של RTU נוסף על הפלט הכולל של דיוק הרובוט. אחרת, חיישני מצלמה כפולה מאפשרים בדיקת בדיקה ומדידה דינמית באמצעות אופטיקה ותאורה מיוחדת. מצבי כיול מכניים הם אפשרות נוספת, אם כי קשה יותר ליישם אותם על רובוטים על מסלולים ארוכים.