Os sistemas de posicionamento de robôs são faixas longas em instalações de armazém, aeroespacial e automotivo para permitir que um robô execute várias tarefas. Também chamados de unidades de transferência de robô ou sistemas RTUs ou 7º eixo, esses projetos de movimento são cada vez mais comuns para montagem, soldagem em larga escala e armazenamento.

Em contraste com as configurações típicas nas quais um robô se move no piso, os RTUs movem robôs através de células de trabalho e fábricas e os transportam entre as estações. As melhores configurações para as RTUs são aquelas que estão sendo construídas ou em que processos e máquinas relacionadas podem ser colocadas em uma linha reta. Onde as RTUs movem robôs de seis eixos, as faixas lineares também são chamadas de sétimo eixo (ou menos comumente, quando o próprio robô tem sete graus de liberdade, o oitavo eixo). Quando essas faixas fazem parte de um quadro, incluindo quadros dos quais o robô está pendurado, eles são pãezinhos.

Não importa o robô ou a morfologia da trilha, o objetivo do eixo extra é adicionar movimento de tradução. Isso estende o envelope de trabalho ou permite que um robô transporta peças de trabalho ou ferramentas. Em alguns arranjos, o primeiro permite que um robô tende várias máquinas ou colhe paletes de linhas ou componentes muito grandes. Para este último, as aplicações comuns estão embalando, soldagem, corte de plasma-arco e outras tarefas mecânicas.

Aqui nos concentramos nas opções de unidade para RTUs. No entanto, observe que os engenheiros também devem decidir entre uma variedade de guias e rolamentos (geralmente na forma de seguidores de came ou guias de perfil).

Projetar e acionar as opções para as RTUs abundam
Embora alguns pãezinhos incluam enquadrar os robôs invertidos e suspendê -los para obter um melhor acesso a máquinas de cima, as RTUs que aparafusam no chão e orientam o robô na vertical são mais comuns. Essas RTUs têm cargas úteis mais altas, em média, carregando armas de robô e agarraram cargas pesando milhares de libras.

Os engenheiros podem comprar RTUs pré-envelhecidos ou criar RTUs internamente usando a experiência do sistema de movimento. Os mais simples são pares de faixas lineares que têm plataformas nas quais os parafusos do robô. No entanto, muitos OEMs recrutam integradores dedicados para situações em que os robôs nas RTUs realizarão trabalhos de alta precisão-por exemplo, uma tarefa de corte (onde o design deve sincronizar a articulação de múltiplos eixos) ou movimentos através de várias máquinas-ferramentas para processamento.

O maior desafio para as unidades de transferência de robôs de engenharia é programá-las para sincronizar com a articulação dos braços do robô que eles carregam. O segundo maior desafio é fazer com que as RTUs mantenham movimento linear preciso em muitos metros.

Atendendo aos requisitos físicos para traços longos
Às vezes, a velocidade é o objetivo de design RTU substituto. Isso é especialmente verdade quando as RTUs levam robôs mais de algumas centenas de metros ou mais em configurações de especialidade. Alta velocidade no contexto de mover robôs - às vezes os braços pesam milhares de libras mais suas cargas úteis - é parente. No entanto, algumas RTUs podem se mover em mais de 10 pés/s com aceleração para um g.

Mas, muitas vezes, a precisão é o objetivo de design da RTU. Considere um aplicativo em que um robô ajuda uma célula de trabalho cooperativa com a usinagem, por exemplo. Aqui, a velocidade e a extensão do envelope de trabalho do robô só são úteis se a estrutura circundante puder manter a precisão com força. Esses projetos geralmente precisam de precisão para 0,02 mm e a repetibilidade de posicionamento para 0,2 mm durante os movimentos da pista.

Por outro lado, se um aplicativo usa um braço de robô para aplicações que colocam controles adaptáveis ​​nos ritmos, mas dependem menos de precisão absoluta, outras configurações podem funcionar. Isso pode até assumir a forma de um veículo móvel equipado com um braço de robô - por exemplo, para descarregar contêineres.

Não importa o design, a baixa manutenção e a vida longa são cruciais para todas as configurações da RTU, pois geralmente estão associadas a mais de uma função de planta e a várias outras peças de máquinas. Portanto, o tempo de inatividade da RTU geralmente tira outras estações de comissão.

A segurança integrada também é importante porque muitos RTUs movem a robótica através de campos povoados equipamentos caros, como máquinas -ferramentas ou até trabalhadores - especialmente onde operam em torno de zonas com pessoal de montagem.

Cintos, parafusos e pneumáticos para RTUs
Os pãezinhos robôs atravessam as distâncias lineares de gama média geralmente usam motores combinados com unidades de correia. Estes são sistemas relativamente simples que usam polias acionadas por motores elétricos para criar tensão ao longo de uma correia e acelerar rapidamente. No entanto, à medida que atingem derrames mais longos, os problemas podem surgir com os cintos caídos se o sistema não conseguir manter a tensão em todo o comprimento. Para ficar claro, o problema não é limitação de carga útil. Pelo contrário, é um risco de movimento perdido da conformidade com o cinto.

Há exceções à ressalva de escalabilidade. Em algumas RTUs, os eixos de correia (acionados de um eixo de transmissão comum) acionam manivelas harmônicas. Aqui, as unidades de correia podem manter a precisão para o posicionamento robótico de longo prazo nas condições certas. O mais bem-sucedido RTUs acionado por correia utiliza trilhas de enquadramento e linear em orientações complementares para obter mais precisão da configuração acionada por correia. Algumas dessas RTUs com um atuador ferroviário acionado por correia podem manter a repetibilidade de ± 0,001 pol. Mesmo enquanto move robôs de uma tonelada em dezenas de pés. Aqui (graças aos trilhos certos) os atuadores acionados por correias contribuem para as RTUs que são mais baratas e mais flexíveis que as alternativas.

Outra opção para o sétimo eixo é um eixo acionado por bola. Esta configuração aborda a vibração e a mola que podem surgir em unidades de correia. Essencialmente, um elemento mecânico fixo mantém o controle para parada e posicionamento precisos.

Os parafusos de bola geralmente funcionam bem em configurações com cerca de seis metros de comprimento, com a ajuda de suportes intermitentes de rolamentos. Em eixos mais longos, o principal problema é que os parafusos do chicote em alta velocidade, especialmente se eles não receberem suporte suficiente. Isso ocorre porque os eixos do parafuso de bola se dobram sob seu próprio peso. Em seguida, na velocidade crítica (uma função do movimento do diâmetro do eixo de parafuso, reta, alinhamento e comprimento não suportado) excita a frequência natural do eixo. Portanto, a velocidade máxima diminui à medida que o comprimento do parafuso de bola aumenta.

Algumas configurações usam blocos de rolamentos que se separam e colapsam juntos-e depois permanecem e suportam o parafuso para uma extensão mais longa. No entanto, para trilhas de parafusos de bola extra-longa, os fabricantes devem unir vários parafusos (geralmente com cola em vez de soldagem para evitar a geometria distorcida). Caso contrário, o parafuso deve ter um diâmetro extra grande para resolver o problema do chicote. Os golpes de algumas dessas configurações de parafuso de bola atingem 10 metros e correm para 4.000 rpm. Outra ressalva: os parafusos nas faixas de robôs precisam de proteger da sujeira e detritos. No entanto, onde eles trabalham, as RTUs usando motores elétricos combinados com parafusos de bola lidam com cargas maiores que os eixos acionados por correia.

Também existem energia fluida para configurações de longa data. Tais RTUs pneumáticas são geralmente uma solução de baixo custo para aplicações que precisam apenas de posicionamento de dois paradas. As ofertas médias se movem 2 m/s e se integram com outros controles de robô.

Motores lineares para RTUs de precisão
RTUs de longo prazo (para uso em robótica de laboratório, por exemplo) podem usar unidades de motor linear. A maioria dessas RTUs também inclui eletrônicos de última geração, codificadores absolutos e controle de movimento para eixos de rastreamento, mesmo após erros ou desligamentos.

O alcance mais típico do motor linear é de quatro metros ou mais. Esse alcance é mais adequado para manuseio de wafer de escolha e lugar e semicondutor do que os aplicativos RTU mais pesados. Em suma, os motores lineares nas RTUs são particularmente desafiadores porque eles oferecem a precisão mecânica, mas devem carregar cargas pesadas. Isso requer mais ímãs permanentes caros que fazem com que os motores lineares tenham um desempenho tão bom.

Existem exceções. Uma RTU recorde mundial com atuadores lineares em tandem foi comissionada e construída sob medida para uma configuração de automação que precisa de movimentos de precisão para 12 m. Os trilhos de suporte de alumínio rígidos funcionam com dois rolamentos de esferas de recirculação linear de seis fileiras e conjuntos de guias. Motores lineares síncronos com fenda gêmea força de saída para 4.200 N.

Conjuntos de rack e pinhões para RTUs
RTUs disponíveis comercialmente usando conjuntos de rack e pinhões são mais comuns. Os comprimentos típicos atingem 15 metros. O controle da unidade linear é integrado como um eixo acoplado matematicamente no controlador de robôs, o que elimina a necessidade de um controlador adicional. Muitas dessas RTUs mantêm a precisão, mesmo com traços de 30 metros, emparelhando um servomotor CA sem escova e uma caixa de câmbio planetária com conjuntos de rack e pinion helicoidais moídos. Outras configurações usam um carro que se move sobre um trilho único em rolos pesados ​​em um bloco. Aqui, os trilhos geralmente são retangulares com um rack cortado em uma borda interna. Eles podem se unir a segmentos curvos, onde esse é um layout útil.

Algumas RTUs que movem o robô sobre a plataforma de viagem usam trilhos de superfície plana feitos de aço endurecido e combinam-os com grupos de seguidores de cames. Outros usam um motor elétrico com um redutor e cinto de chanfro para alimentar a plataforma. Então, no eixo de transporte longo, a RTU ostenta um motor de equipamento elétrico que dirige um pinhão que envolve um rack.

RTUs de simulação e programação
Existem ferramentas para permitir que os engenheiros planejem os caminhos das RTUs e coordenam aqueles com as funções do robô. O software de simulação de robôs e até alguns módulos de controlador de movimento permitem que os engenheiros planejem faixas, carregam o software resultante em um controlador e, em seguida, controlem o robô e a RTU com esse hardware.

Outra opção é o software de empresas de software dedicadas que vendem kits de desenvolvimento de robôs, que permitem a programação de qualquer marca de robô através da APIs. Essas e inúmeras outras ferramentas de software facilitam a configuração do robô, especialmente para equipes com experiência moderada de controle de movimento ou CNC. As iterações iniciais de design geralmente acontecem através da programação offline do PC. Então, quando o pessoal instala o robô e a RTU, o software de programação gera código que carrega nos controles. O software leva a RTU e o robô através de caminhos programados para testar problemas. Em seguida, o instalador usa um pingente para posicionar a garra do robô, cortador ou efetor final para pontos específicos do trabalho no espaço enquanto o controlador registra os movimentos. Caso contrário, os instaladores podem usar um pingente para toda a configuração e, em seguida, polir as trajetórias no back -end - uma abordagem cada vez mais comum.

Advertência: RTUs complica a calibração do robô
Após a configuração física, RTUs e robôs precisam de calibração. A captura é que os robôs industriais combinados com RTUs geralmente fazem movimentos repetíveis, mas não precisos, de modo que o movimento de saída de rendimento difere das aproximações da simulação. Sozinho, os robôs industriais repetitabilidade unidirecional média de 0,1 mm a 0,01 mm. Os eixos típicos combinam uma haste e um motor de backlash zero, e um controlador os rastreia com codificadores de alta resolução. O aumento da precisão do movimento da saída se torna mais caro, à medida que conjuntos e componentes, como a engrenagem, introduzem o movimento perdido (principalmente devido à conformidade mecânica). Portanto, os controles geralmente devem compensar o erro posicional na escala de milímetros em alguns casos.

A calibração tradicional do robô usa alinhamento caro a laser. Às vezes, isso pode diminuir o erro de saída vinte vezes. Caso contrário, os fabricantes de robôs oferecem calibração de fábrica. As empresas dedicadas de calibração de robôs também oferecem serviços que podem explicar o efeito de uma RTU adicionada na saída geral de precisão de robô. Caso contrário, os sensores de câmera dupla permitem investir inspeção e medição dinâmica por meio de óptica e iluminação especial. Os modos mecânicos de calibração são outra opção, embora sejam mais difíceis de aplicar aos robôs em faixas longas.