Производственные и упаковочные операции, использующие ручные операции по перемещению материалов или деталей, могут получить немедленную выгоду от автоматизации с помощью декартовых роботов с большим ходом, оснащенных специальными концевыми манипуляторами и расширенными возможностями датчиков. Эти роботы могут поддерживать работу различных станков, выполняя задачи, которые в противном случае выполнялись бы вручную, такие как обслуживание станков или перемещение обрабатываемых деталей.

Декартовы роботы состоят из двух или более скоординированных линейных позиционирующих элементов… поэтому это может быть не первое, что приходит на ум инженеру-конструктору, только начинающему работать в сфере автоматизации. Многие отождествляют роботов с шестиосевыми шарнирными манипуляторами, которые все чаще применяются в промышленности на заводах. Даже опытные инженеры по автоматизации могут недооценивать декартовых роботов, сосредотачивая внимание на шестиосевых моделях. Однако игнорирование преимуществ декартовой системы с большим ходом может стать дорогостоящей ошибкой — особенно в приложениях, требующих от робота:

1. Обслуживание нескольких станков.

2. Достигать больших расстояний

3. Выполнять простые и повторяющиеся операции.

Проблема шестиосевых роботов

Не случайно роботы с шарнирными манипуляторами занимают видное место на множестве автоматизированных производственных и упаковочных предприятий… особенно в электронной сборке и медицинской промышленности. При правильном подборе размеров такие роботизированные манипуляторы могут перемещать большие грузы, обладая гибкостью для выполнения множества различных автоматизированных задач, управляемых программным обеспечением (и дополненных возможностью смены инструментов на конце манипулятора). Однако шестиосевые роботы могут быть дорогими и требуют высокой плотности размещения роботов. Последнее означает, что предприятию, вероятно, потребуется отдельный робот на каждые одну или две упаковочные машины. Конечно, существуют более крупные и дорогие шестиосевые роботы с радиусом действия, позволяющим обслуживать более двух машин, но даже они являются неоптимальными решениями, поскольку заставляют инженеров предприятия размещать машины вокруг одного очень большого робота. Роботы с шарнирными манипуляторами также требуют защитных ограждений; занимают ценное пространство на полу; а также программирования и обслуживания квалифицированными сотрудниками.

Аргументы в пользу декартовых линейных систем с большим ходом

Декартовы роботы превосходят шестиосевые роботизированные системы во многом потому, что они снижают требуемую плотность размещения роботов. В конце концов, один длинноходный декартов робот может обслуживать несколько станков без необходимости перестановки станков вокруг него.

Роботы-переносчики, установленные над станками, как правило, не занимают места на полу, что, в свою очередь, снижает требования к защитным ограждениям. Кроме того, декартовы роботы требуют минимального программирования и технического обслуживания после первоначальной настройки.

Следует отметить, что возможности декартовых роботизированных систем сильно различаются. Фактически, если инженеры поищут информацию о декартовых роботах в интернете, они найдут множество более компактных систем, оптимизированных для операций захвата и перемещения на производственном или сборочном оборудовании. По сути, это линейные платформы, встроенные в готовые декартовые решения — они сильно отличаются от роботов-переносчиков, используемых в более крупных операциях и требующих соблюдения следующих параметров.

Долгие путешествия:Любой робот, приобретаемый для обслуживания нескольких крупных машин, должен иметь ход поршня не менее 50 футов.

Многокаретные и специализированные концевые оснастки:Роботы для перемещения грузов на большие расстояния наиболее эффективны, когда оснащены несколькими независимо действующими каретками, перемещающимися по главной оси… что позволяет одному декартовому роботу выполнять работу многих других. Повышение производительности достигается за счет специализированного оборудования, позволяющего обрабатывать грузы более эффективно, чем стандартные захватные устройства, такие как вакуумные или пальцевые захваты. Во многих случаях изготовление захватных устройств на заказ также может упростить конструкцию систем обработки материалов, работающих совместно с декартовым роботом.

Упрощенная архитектура управления:В некоторых новых декартовых роботах традиционные архитектуры управления, основанные на отдельных двигателях, приводах и контроллерах, заменены интегрированными серводвигателями (в комплекте с сервоприводами), что исключает необходимость в шкафу управления. В самых сложных приложениях с декартовыми роботами по-прежнему может потребоваться традиционная архитектура… но интегрированные серводвигатели отлично справляются с требованиями к управлению движением от точки к точке, характерными для большинства декартовых роботов. Когда инженер-конструктор может использовать интегрированные серводвигатели, это помогает максимально увеличить экономическую выгоду от автоматизации на основе декартовой системы.

Избирательное использование:Поскольку декартовы роботы устанавливаются над или позади обслуживаемых ими станков, они также позволяют пользователям управлять станками вручную при необходимости — например, для кратковременного выполнения операций специального размера. Такое избирательное использование затруднено с шестиосевыми роботами, установленными на полу, которые могут блокировать доступ к станкам.

Конкретный пример декартова робота

Некоторые декартовы роботы обеспечивают ход поршня более 50 футов даже при скорости до 4 м/сек. Стандартные каретки могут включать в себя технологию двухременного привода; в некоторых других каретках используется верхний приводной ремень, который непрерывно закручивается внутри. Последнее предотвращает провисание ремня в перевернутых или консольных конструкциях и позволяет нескольким независимым кареткам одновременно работать на одной оси.

Длинные ремни усложняют проектирование декартовых роботов, поскольку снижают жесткость приводного механизма (что, в свою очередь, ухудшает производительность). Это происходит потому, что поддержание заданного натяжения на длинных ремнях представляет собой сложную задачу… и (что еще хуже) натяжение ремня асимметрично и изменчиво. Эта проблема делает длинные рециркуляционные ремни неэффективным, капризным и дорогостоящим вариантом для точного позиционирования.

В отличие от них, линейные направляющие с подвижным двигателем обеспечивают короткую и натянутую длину ремня, размещая его внутри каретки, чтобы он мог реагировать на управляющие воздействия энкодера. Точность сохраняется независимо от длины декартовой системы координат… будь то 4 м или 40 м.

Пример применения в упаковочной промышленности

Длинноходные декартовы роботизированные транспортные устройства используются в процессах подачи, упаковки в коробки и формирования лотков, а также могут выполнять операции паллетирования и депаллетирования.

Рассмотрим упаковку сельскохозяйственной продукции. В недавнем проекте для компании по упаковке сельскохозяйственной продукции в Центральной долине Калифорнии один производитель поставил роботов-переносчиков с большим ходом, которые легко интегрируются с существующей системой формовочных машин IPAK. Каждый робот обслуживает до четырех машин одновременно, заполняя их стопками листов гофрированного картона. Трехосевые портальные роботы основаны на мощных линейных сервомоторных платформах с ременным приводом, обеспечивающих неограниченную длину хода, независимо перемещающиеся каретки и возможность установки платформы в любой ориентации. Самая длинная ось одного из таких роботов проходит над блоком формовочных машин с ходом более 50 футов.

Для подачи листов гофрированного картона в четыре машины для формовки лотков робот сначала забирает партию картона со специально построенного дока, на котором размещены поддоны с листами гофрированного картона. Затем робот подает партию картона в каждую машину для формовки лотков. Благодаря своей скорости (до 4 м/сек) робот легко справляется с работой четырех машин для формовки лотков — даже при производительности до 35 лотков в минуту.

Система ограждения использует раздвижные ворота и датчики, поднимающиеся из обслуживаемых станков, чтобы при необходимости оградить робота, что является более экономичным решением, чем использование шестиосевых роботов, установленных на полу.

В эту систему также входят все элементы управления и специально разработанный концевой захват, способный работать со стопками гофрированного картона, высота и вес которых непредсказуемы. Инструмент может без проблем выдерживать полезную нагрузку до 50 кг. Это решение освобождает операторов, которым раньше приходилось поднимать картонные пачки с поддонов и наклоняться, чтобы поместить их в формовочные машины. Автоматизация этих задач позволила персоналу сосредоточиться на менее трудоемкой работе. Крупногабаритные транспортные роботы — лишь один из примеров возможностей декартовых роботизированных систем в упаковочной отрасли. Некоторые поставщики также разработали системы паллетирования и депаллетирования, основанные на аналогичных декартовых подходах. Все такие роботы используют три линейных этапа, оснащенных датчиками, элементами управления и концевым захватом для максимально эффективной и действенной автоматизации упаковки.