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

Такие шарнирные роботы широко известны благодаря рекламе автомобильных компаний и танцевальным постановкам роботов. Роботы SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) также хорошо известны благодаря их внедрению и распространению на заводах с начала 1980-х годов. Оба эти робота — шарнирные и SCARA — сочетают в себе линейное и вращательное движение, что обеспечивает маневренность для сложных задач. Шарнирные роботы аналогичны человеческой руке с шестью осями движения — тремя поступательными (линейными) и тремя вращательными (подумайте о вашем плече, локте 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 распространенными в популярной культуре, но повсеместно используемыми в промышленных приложениях, начиная от упаковки и заканчивая производством полупроводников, являются декартовы роботы. Как следует из их названия, эти роботы работают по трем декартовым осям — X, Y и Z — хотя они могут включать ось тета для конечной оснастки. Хотя они менее «сексуальны», чем сочлененные и SCARA-роботы, декартовы роботы гораздо более универсальны, с более высокой грузоподъемностью для своего размера и во многих случаях с более высокой точностью. Они также легко адаптируются, поскольку оси можно модернизировать или изменять с относительно небольшой реконфигурацией в соответствии с меняющимися требованиями к продукту или применению.

Однако декартовы роботы ограничены своей изначально консольной конструкцией, которая ограничивает их грузоподъемность. Это особенно актуально, когда самая внешняя ось (Y или Z) имеет большую длину хода, что приводит к большой моментной нагрузке на опорные оси. В случаях, когда требуются длинные ходы и высокие нагрузки, лучшим решением является портальный робот.

От декартовой к гантри:

Портальный робот — это модифицированный стиль декартового робота, использующий две оси X (или базовые) вместо одной базовой оси, как в декартовых роботах. Дополнительная ось X (а иногда и дополнительные оси Y и Z) позволяет роботу обрабатывать большие нагрузки и силы, что делает их идеальными для захвата и размещения тяжелых грузов или загрузки и выгрузки деталей. Каждая ось основана на линейном приводе, будь то «самодельный» привод, собранный OEM или интегратором, или предварительно собранный привод от компании линейного движения. Это означает, что существуют почти безграничные возможности для любой комбинации высоких скоростей, длинных ходов, тяжелых грузов и высокой точности позиционирования. Специальные требования к суровым условиям или низкому уровню шума легко встраиваются, и если приложение требует одновременного, но независимого выполнения процессов, горизонтальные оси могут быть построены с линейными двигателями с использованием нескольких кареток.

Портальные роботы обычно устанавливаются над рабочей зоной (отсюда и распространенный термин «верхний портал»), но если деталь не подходит для перемещения сверху, как в случае с солнечными батареями и модулями, портал можно настроить для работы снизу детали. И хотя портальные роботы обычно считаются очень большими системами, они также подходят для меньших, даже настольных машин. Поскольку портальный робот имеет две оси X, или базовые, момент нагрузки, представленный осями Y и Z, а также рабочая полезная нагрузка, разрешаются как силы на осях X. Это значительно увеличивает жесткость системы и в большинстве случаев позволяет осям иметь большую длину хода и более высокие скорости, чем аналогичный декартов робот.

Когда есть две параллельные оси, обычно только одна из них приводится в движение двигателем, чтобы предотвратить заедание, которое может возникнуть из-за слегка несинхронного движения между ними. Вместо того, чтобы приводить в движение обе оси, соединительный вал или крутящий момент используется для передачи мощности двигателя на вторую ось. А в некоторых случаях вторая ось может быть «холостым» или ведомым, состоящим 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.

Определение размера декартового или портального робота сложнее, чем определение размера SCARA или шарнирного робота (которые обычно определяются тремя параметрами: досягаемостью, скоростью и точностью), но производители за последние несколько лет упростили этот процесс, внедрив предварительно настроенные системы и онлайн-инструменты, такие как конфигуратор EasySelect компании Rexroth или 3D Linear Modules Builder компании Adept. Эти инструменты позволяют пользователю указывать ориентацию и размер осей, а также основные параметры хода, нагрузки и скорости. Загружаемые файлы CAD 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. В то время как шарнирные и SCARA-роботы легко узнаваемы, а декартовы роботы широко используются, конструкция портального робота преодолевает присущие им ограничения по нагрузке, скорости, досягаемости и повторяемости, обладая непревзойденным уровнем настройки и гибкости. Одним словом, портальные роботы предлагают наилучшее сочетание полезной нагрузки и хода.