Производственные и упаковочные операции с использованием ручных операций по перемещению материалов или деталей могут получить немедленные выгоды от автоматизации с помощью декартовых роботов с большим ходом, имеющих специальные инструменты для конечной части руки (EoAT) и расширенные возможности датчиков. Эти роботы могут поддерживать различные машины для выполнения задач, которые в противном случае выполнялись бы вручную, таких как обслуживание машин или перемещение деталей в процессе производства.

Декартовы роботы состоят из двух или более скоординированных линейных стадий позиционирования… так что это может быть не первое, что приходит на ум, если инженер-конструктор новичок в автоматизации. Многие приравнивают роботов к шестиосевой робототехнике с шарнирной рукой, которую промышленность все чаще применяет на заводах. Даже опытные инженеры по автоматизации могут не обращать внимания на декартовых роботов… сосредоточив внимание на шестиосевых моделях. Тем не менее, игнорирование преимуществ декартовой системы с большим ходом может быть дорогостоящей ошибкой — особенно в приложениях, требующих от робота:

1. Уход за несколькими машинами

2. Достигайте больших высот

3. Выполнять простые и повторяющиеся операции.

Проблема с шестиосевыми роботами

Недаром роботы с шарнирной рукой занимают видное место во множестве автоматизированных производственных и упаковочных объектов… особенно в сборке электроники и медицинской промышленности. При правильном выборе размера такие роботизированные руки могут обрабатывать большие грузы с гибкостью для выполнения множества различных автоматизированных задач, управляемых программированием (и дополняемых сменой инструментария на конце руки). Но шестиосные роботы могут быть дорогими и требовать высокой плотности роботов. Последний термин указывает на то, что предприятию, скорее всего, понадобится отдельный робот для каждой одной или двух упаковочных машин. Конечно, существуют более крупные и дорогие шестиосные роботы с радиусом действия для обслуживания более чем пары машин, но даже они являются неоптимальными решениями, поскольку они вынуждают инженеров завода размещать машины вокруг одного очень большого робота. Роботы с шарнирной рукой также требуют защитных ограждений, занимают ценное пространство на полу, а также программирования и обслуживания квалифицированными сотрудниками.

Аргументы в пользу декартовых линейных систем с большим перемещением

Декартовы роботы превосходят шестиосевые роботизированные варианты во многом потому, что они снижают требуемую плотность роботов. В конце концов, один декартовы робот-переносчик с большим ходом может обслуживать несколько машин без необходимости переставлять машины вокруг робота.

Транспортные роботы, установленные над машинами, как правило, не занимают места на полу… что, в свою очередь, также снижает требования к обеспечению безопасности. Плюс, декартовы роботы требуют небольшого программирования и обслуживания после первоначальной настройки.

Одно предостережение заключается в том, что возможности декартовых робототехнических систем сильно различаются. Фактически, если инженеры исследуют декартовых роботов в Интернете, они найдут много меньших систем, оптимизированных для операций по захвату и размещению на производственном или сборочном оборудовании. Это по сути линейные этапы, встроенные в готовые декартовы решения — сильно отличающиеся от роботов-переносчиков, полезных в более крупных операциях и требующих соответствия следующим параметрам.

Длительные путешествия:Любой робот, приобретаемый для обслуживания нескольких крупных машин, должен иметь длину хода 50 футов и более.

Многокаретная и специальная концевая оснастка:Длинные роботы-переносчики максимально эффективны, когда оснащены несколькими независимо действующими каретками для перемещения по главной оси… что позволяет данному декартову роботу выполнять работу многих. Увеличение этой производительности — это специально разработанные инструменты для более эффективной обработки товаров, чем стандартные EoAT, такие как вакуумные или пальцевые захваты. Во многих случаях индивидуальные EoAT также могут упростить конструкции систем обработки материалов, работающих совместно с декартовым роботом.

Упрощенная архитектура управления:Некоторые новые декартовы роботы избегают традиционной архитектуры управления, основанной на отдельных двигателях, приводах и контроллерах, в пользу интегрированных серводвигателей (в комплекте с сервоприводами), чтобы исключить необходимость в шкафу управления. Самые сложные приложения декартовых роботов могут по-прежнему требовать традиционной архитектуры... но интегрированные серводвигатели ловко справляются с требованиями управления движением «точка-точка» большинства декартовых роботов. Когда инженер-конструктор может использовать интегрированные серводвигатели, последние могут помочь максимизировать преимущество стоимости декартовой автоматизации.

Избирательное использование:Поскольку декартовы роботы устанавливаются над или позади машин, за которыми они ухаживают, они также позволяют пользователям управлять машинами вручную, когда это необходимо — например, для короткого пробега специального размера. Такое избирательное использование затруднено с напольными шестиосевыми роботами, которые могут блокировать доступ к машинам.

Конкретный пример декартового робота

Некоторые декартовы роботы предлагают ходы, превышающие 50 футов, даже при скорости до 4 м/сек. Стандартные каретки могут включать технологию двухременного привода; некоторые другие каретки содержат верхний приводной ремень, который непрерывно петляет внутри. Последнее предотвращает провисание ремня в перевернутых или консольных конструкциях и позволяет нескольким независимым кареткам одновременно работать на оси.

Длинные ремни усложняют конструкцию декартового робота, поскольку они ухудшают жесткость трансмиссии (что, в свою очередь, ухудшает производительность). Это связано с тем, что поддержание заданного значения натяжения на длинных ремнях является сложной задачей… и (что еще хуже) натяжение ремня асимметрично и изменчиво. Эта проблема делает длинные рециркуляционные ремни неэффективным, капризным и дорогим выбором для точного позиционирования.

В отличие от этого, линейные ступени с подвижным двигателем сохраняют длину ремней короткой и плотной и размещаются внутри каретки, чтобы они могли реагировать на управление, полученное от энкодера. Точность сохраняется независимо от длины декартовой системы передачи … будь то 4 м или 40 м.

Пример применения в упаковочной промышленности

Роботизированные устройства передачи данных с большим ходом в декартовой системе координат используются для подачи, упаковки в картонные коробки и формирования лотков, а также могут выполнять операции по паллетированию и депаллетированию.

Рассмотрим упаковку продукции. В недавнем приложении для компании по упаковке сельскохозяйственной продукции в Центральной долине Калифорнии один производитель поставил длинноходовых роботов-переносчиков для бесшовной интеграции с существующей системой формирования лотков IPAK. Каждый робот обслуживает до четырех машин одновременно, заполняя их сложенными листами гофрированного картона. Трехосевые портальные роботы основаны на мощных линейных сервоприводных этапах с ременным приводом для неограниченной длины хода, независимо движущихся кареток и возможности установки этапа в любой ориентации. Самая длинная ось одного из таких роботов проходит над группой формирователей лотков с ходом, превышающим 50 футов.

Для доставки листов гофрированного картона в четыре машины для формирования лотков робот сначала берет партию картона из специально изготовленного дока, в котором находятся поддоны с листами гофрированного картона. Затем робот доставляет партию картона в каждую формировательную машину для лотков. Благодаря своей скорости (до 4 м/сек) робот может легко обходить четыре формирователя лотков — даже при производительности до 35 лотков в минуту.

Защитное ограждение использует подъемные раздвижные ворота и датчики, которые поднимаются из обслуживаемых машин, чтобы при необходимости оградить робота. Это решение менее затратно, чем решение для напольных шестиосевых роботов.

В эту систему также включены все элементы управления и настраиваемый EoAT, способный работать со стопками гофрированных листов, которые непредсказуемо различаются по высоте и весу. Инструментарий может обрабатывать полезную нагрузку до 50 кг без проблем. Решение освобождает операторов, которым когда-то приходилось поднимать картонные пачки с поддонов и наклоняться, чтобы поместить их в формовочные машины. Автоматизация этих задач освободила персонал, чтобы сосредоточиться на менее изнурительной работе. Крупные роботы-переносчики — это всего лишь один пример того, что возможно с декартовыми роботизированными системами в упаковочных установках. Некоторые поставщики также разработали системы паллетирования и депаллетирования на основе аналогичных декартовых подходов. Все такие роботы используют три линейных этапа, оснащенных датчиками, элементами управления и инструментами на конце руки для максимально эффективной и действенной автоматизации упаковки.