Что приходит вам на ум, когда вы думаете о промышленном роботе?

Шарнирные роботы, подобные этим, широко известны благодаря рекламным роликам автомобильных компаний и танцевальным номерам с участием роботов. Роботы SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) также хорошо известны благодаря их внедрению и распространению на заводах с начала 1980-х годов. Оба типа роботов — шарнирные и SCARA — сочетают линейное и вращательное движение, что обеспечивает маневренность для выполнения сложных задач. Шарнирные роботы аналогичны человеческой руке, имея шесть осей движения — три поступательных (линейных) и три вращательных (представьте себе плечо, локоть и запястье). Роботы SCARA имеют четыре оси движения — X, Y, Z и тета (что-то вроде вашей руки, если бы ваше плечо было обездвижено).

Менее распространены в массовой культуре, но повсеместно используются в промышленности, от упаковки до производства полупроводников, декартовы роботы. Как следует из названия, эти роботы работают по трем декартовым осям – X, Y и Z – хотя они могут включать ось тета для работы с инструментами на конце манипулятора. Хотя они менее «привлекательны», чем шарнирные и SCARA-роботы, декартовы роботы гораздо более универсальны, обладают большей грузоподъемностью для своего размера и во многих случаях лучшей точностью. Они также обладают высокой адаптивностью, поскольку оси можно модернизировать или менять с относительно небольшими изменениями конфигурации в соответствии с меняющимися требованиями к продукту или применению.

Однако декартовы роботы ограничены своей консольной конструкцией, что ограничивает их грузоподъемность. Это особенно актуально, когда крайняя (ось Y или Z) имеет большой ход, что создает большую моментную нагрузку на опорные оси. В случаях, когда требуются большие ходы и высокие нагрузки, портальный робот является наилучшим решением.

От декартовой системы координат к портальной системе:

Портальный робот — это модифицированный вариант декартова робота, использующий две оси X (или базовую ось) вместо одной базовой оси, как у декартовых роботов. Дополнительная ось X (а иногда и дополнительные оси Y и Z) позволяет роботу работать с большими нагрузками и усилиями, что делает его идеальным для захвата и перемещения тяжелых грузов или загрузки и разгрузки деталей. Каждая ось основана на линейном актуаторе, будь то «самодельный» актуатор, собранный производителем оборудования или интегратором, или предварительно собранный актуатор от компании, занимающейся линейными перемещениями. Это означает, что существует практически неограниченное количество вариантов, позволяющих достичь любой комбинации высоких скоростей, длинных ходов, больших грузов и высокой точности позиционирования. Легко учитываются особые требования к работе в суровых условиях или низкому уровню шума, а если приложение требует одновременного, но независимого выполнения процессов, горизонтальные оси могут быть построены с использованием линейных двигателей и нескольких кареток.

Портальные роботы обычно устанавливаются над рабочей зоной (отсюда и распространенный термин «потолочный портальный робот»), но если деталь не подходит для перемещения сверху, как в случае с солнечными батареями и модулями, портальный робот может быть сконфигурирован для работы снизу. И хотя портальные роботы обычно считаются очень большими системами, они также подходят для небольших, даже настольных машин. Поскольку портальный робот имеет две оси X, или базовую ось, моментная нагрузка, создаваемая осями Y и Z, а также рабочая полезная нагрузка, преобразуются в силы на оси X. Это значительно увеличивает жесткость системы и в большинстве случаев позволяет осям иметь большую длину хода и более высокие скорости, чем у аналогичного декартова робота.

Когда две оси соединены параллельно, обычно только одна из них приводится в движение двигателем, чтобы предотвратить заедание, которое может возникнуть из-за незначительной рассинхронизации движения между ними. Вместо того чтобы приводить в движение обе оси, для передачи мощности двигателя на вторую ось используется соединительный вал или торсионная труба. В некоторых случаях вторая ось может быть «холостой» или ведомой, состоящей из линейной направляющей для поддержки нагрузки, но без приводного механизма. Решение о том, следует ли и как приводить в движение вторую ось, зависит от расстояния между двумя осями, скорости ускорения и жесткости соединения между ними. Приведение в движение только одной из пары осей также снижает стоимость и сложность системы.

Расчет размеров декартова или портального робота сложнее, чем расчет размеров SCARA-робота или шарнирного робота (которые обычно задаются тремя параметрами: радиусом действия, скоростью и точностью), но производители за последние несколько лет упростили этот процесс, внедрив предварительно сконфигурированные системы и онлайн-инструменты, такие как конфигуратор EasySelect от Rexroth или конструктор 3D-линейных модулей от Adept. Эти инструменты позволяют пользователю задавать ориентацию и размер осей, а также основные параметры хода, нагрузки и скорости. Загружаемые CAD-файлы также являются стандартным предложением от производителей декартовых и портальных роботов, что упрощает их интеграцию в проект или схему рабочего процесса, подобно роботам SCARA и шарнирным роботам. Хотя шарнирные и SCARA-роботы легко узнаваемы, а декартовые роботы широко распространены, портальная конструкция преодолевает их присущие ограничения по грузоподъемности, скорости, дальности действия и повторяемости, обеспечивая непревзойденный уровень индивидуальной настройки и гибкости. Одним словом, портальные роботы предлагают наилучшее сочетание полезной нагрузки и хода.