Robot konumlandırma sistemleri, bir robotun birden fazla görevi gerçekleştirmesine olanak tanıyan depo, havacılık ve otomotiv tesislerindeki uzun raylardır. Robot transfer üniteleri veya RTU'lar veya 7. eksen sistemleri olarak da adlandırılan bu hareket tasarımları, montaj, büyük ölçekli kaynak ve depolama için giderek daha yaygın hale geliyor.

Bir robotun zemine cıvatalandığı tipik kurulumların aksine, RTU'lar robotları çalışma hücreleri ve fabrikalar arasında hareket ettirir ve istasyonlar arasında taşır. RTU'lar için en iyi kurulumlar, yeni inşa edilenler veya süreçlerin ve ilgili makinelerin düz bir sıraya konulabildiği kurulumlardır. RTU'ların altı eksenli robotları hareket ettirdiği yerlerde, doğrusal raylar bazen yedinci eksen (veya daha az yaygın olarak, robotun kendisi yedi serbestlik derecesine sahip olduğunda, sekizinci eksen) olarak da adlandırılır. Bu raylar, robotun asıldığı çerçeveler de dahil olmak üzere bir çerçevenin parçası olduğunda, bunlar gantry'lerdir.

Robot veya palet morfolojisi ne olursa olsun, ekstra eksenin amacı öteleme hareketi eklemektir. Bu, ya çalışma zarfını genişletir ya da bir robotun iş parçalarını veya aletleri taşımasına izin verir. Bazı düzenlemelerde, ilki bir robotun birden fazla makineye bakmasına veya sıralardan paletleri seçmesine veya çok büyük bileşenleri işlemesine izin verir. İkincisi için, yaygın uygulamalar paketleme, kaynaklama, plazma ark kesimi ve diğer mekanik görevlerdir.

Burada RTU'lar için tahrik seçeneklerine odaklanıyoruz. Ancak, mühendislerin ayrıca bir dizi kılavuz ve yatak (genellikle kam izleyicileri veya profil kılavuzları şeklinde) arasında karar vermesi gerektiğini unutmayın.

RTU'lar için tasarım ve sürüş seçenekleri bol
Bazı gantry'ler robotları ters çevirmek ve yukarıdan makinelere daha iyi erişim sağlamak için askıya almak için çerçeveler içerse de, zemine cıvatalanan ve robotu dik konuma getiren RTU'lar en yaygın olanlarıdır. Bu RTU'lar ortalama olarak daha yüksek yük kapasitesine sahiptir, binlerce pound ağırlığında robot kolları ve kavranmış yükler taşırlar.

Mühendisler önceden tasarlanmış RTU'lar satın alabilir veya hareket sistemi uzmanlığını kullanarak şirket içinde RTU'lar inşa edebilir. En basitleri, robotun cıvatalandığı platformları taşıyan doğrusal ray çiftleridir. Ancak, birçok OEM, RTU'lardaki robotların yüksek hassasiyetli işler gerçekleştireceği durumlar için özel entegratörleri görevlendirir; örneğin, bir kesme görevi (tasarımın birden fazla eksenin eklemlenmesini senkronize etmesi gereken) veya işleme için dökümleri çeşitli makine aletleri aracılığıyla hareket ettirme.

Robot transfer ünitelerinin mühendisliğindeki en büyük zorluk, bunları taşıdıkları robot kollarının eklemlenmesiyle senkronize olacak şekilde programlamaktır. İkinci en büyük zorluk ise RTU'ların birçok metre boyunca doğru doğrusal hareketi sürdürmesini sağlamaktır.

Uzun vuruşlar için fiziksel gerekliliklerin karşılanması
Bazen hız, RTU tasarım hedefinin en önemli unsurudur. Bu, özellikle RTU'lar robotları birkaç yüz fitten fazla veya özel kurulumlarda daha fazlasına götürdüğünde geçerlidir. Robotları hareket ettirme bağlamında yüksek hız—bazen binlerce pound ağırlığındaki kollar ve yükleri—görecelidir. Ancak bazı RTU'lar bir g ivmeyle 10 ft/sn'den daha hızlı hareket edebilir.

Ancak sıklıkla, doğruluk en önemli RTU tasarım hedefidir. Örneğin, bir robotun bir kooperatif çalışma hücresine işleme konusunda yardımcı olduğu bir uygulamayı düşünün. Burada, hız ve robot çalışma zarfının genişletilmesi yalnızca çevreleyen çerçeve doğruluğu sıkı tutabiliyorsa faydalıdır. Bu tür tasarımlar genellikle 0,02 mm'ye kadar doğruluk ve parça hareketleri sırasında yaklaşık 0,2 mm'ye kadar konumlandırma tekrarlanabilirliği gerektirir.

Buna karşılık, bir uygulama adaptif kontrolleri zorlayan ancak mutlak hassasiyete daha az bağımlı olan uygulamalar için bir robot kolu kullanıyorsa, diğer kurulumlar işe yarayabilir. Bu, örneğin nakliye konteynerlerini boşaltmak için bir robot koluyla donatılmış bir mobil araç biçimini bile alabilir.

Tasarım ne olursa olsun, düşük bakım ve uzun ömür tüm RTU kurulumları için çok önemlidir, çünkü bunlar genellikle birden fazla tesis işlevi ve birkaç başka makine parçasıyla ilişkilidir. Bu nedenle, RTU kesintisi genellikle diğer istasyonları devre dışı bırakır.

Entegre güvenlik de önemlidir çünkü birçok RTU, makine aletleri veya işçiler gibi pahalı ekipmanların bulunduğu alanlarda robotları hareket ettirir; özellikle de montaj personelinin bulunduğu bölgelerde.

RTU'lar için kayışlar, vidalar ve pnömatikler
Orta menzilli doğrusal mesafeleri kat eden robot gantry'ler genellikle kayış tahrikleriyle eşleştirilmiş motorlar kullanır. Bunlar, bir kayış boyunca gerginlik oluşturmak ve hızla ivmelenmek için elektrik motoruyla çalışan kasnaklar kullanan nispeten basit sistemlerdir. Ancak, daha uzun stroklara ulaştıklarında, sistem tüm uzunluk boyunca gerginliği koruyamazsa kayışların sarkmasıyla ilgili sorunlar ortaya çıkabilir. Açık olmak gerekirse, sorun yük sınırlaması değildir. Aksine, kayış uyumluluğundan kaynaklanan hareket kaybı riskidir.

Ölçeklenebilirlik uyarısının istisnaları da vardır. Bazı RTU'larda, kayış eksenleri (ortak bir tahrik milinden tahrik edilir) harmonik krankları tahrik eder. Burada, kayış tahrikleri doğru koşullar altında uzun stroklu robotik konumlandırma için doğruluğu koruyabilir. En başarılı kayış tahrikli RTU'lar, kayış tahrikli kurulumdan daha fazla hassasiyet elde etmek için tamamlayıcı yönelimlerde çerçeveleme ve doğrusal raylar kullanır. Kayış tahrikli ray aktüatörlerine sahip bu tür RTU'lardan bazıları, bir tonluk robotları düzinelerce fit boyunca hareket ettirirken bile tekrarlanabilirliği ± 0,001 inç'e kadar koruyabilir. Burada (doğru raylar sayesinde) kayış tahrikli aktüatörler, alternatiflerden daha ucuz ve daha esnek olan RTU'lar oluşturur.

Yedinci eksen için bir diğer seçenek ise bilyalı vida tahrikli bir eksendir. Bu kurulum, kayış tahriklerinde ortaya çıkabilecek titreşim ve yaylanmayı ele alır. Esasen sabit bir mekanik eleman, hassas durdurma ve konumlandırma için kontrolü korur.

Bilyalı vidalar genellikle aralıklı yatak desteklerinin yardımıyla yaklaşık altı metre uzunluğa kadar olan kurulumlarda iyi çalışır. Daha uzun eksenlerde, asıl sorun vidaların özellikle yeterli destek alamadıklarında yüksek hızlarda kırbaçlanmasıdır. Bunun nedeni bilyalı vida millerinin kendi ağırlıkları altında bükülmesidir. Daha sonra kritik hızda (vida mili çapı, doğruluk, hizalama ve desteklenmemiş uzunluğun bir fonksiyonu) hareket, milin doğal frekansını uyarır. Bu nedenle, bilyalı vida uzunluğu arttıkça maksimum hız düşer.

Bazı kurulumlar, ayrılıp birlikte çöken ve daha sonra kalıp vidayı daha uzun süre kırbaçsız uzatma için destekleyen yatak blokları kullanır. Ancak, ekstra uzun bilyalı vida tahrikli raylar için, üreticiler birden fazla vidayı birleştirmelidir (genellikle eğri geometriyi önlemek için kaynak yapmak yerine tutkal kullanarak). Aksi takdirde, vidanın kırbaç sorununu ele almak için ekstra büyük bir çapı olmalıdır. Bu tür bilyalı vida tabanlı kurulumlardan gelen darbeler 10 metreye ulaşır ve 4.000 rpm'ye kadar çıkar. Başka bir uyarı: Robot raylarındaki vidaların kir ve döküntülerden korunması gerekir. Ancak, çalıştıkları yerlerde, bilyalı vidalarla eşleştirilmiş elektrik motorları kullanan RTU'lar, kayış tahrikli eksenlerden daha büyük yükleri idare eder.

Uzun-stok kurulumları için akışkan gücü de mevcuttur. Bu tür pnömatik RTU'lar genellikle sadece ileri geri iki durak konumlandırma gerektiren uygulamalar için düşük maliyetli bir çözümdür. Ortalama teklifler 2 m/sn hareket eder ve diğer robot kontrolleriyle entegre olur.

Hassas RTU'lar için doğrusal motorlar
Uzun stroklu RTU'lar (örneğin laboratuvar robotiklerinde kullanım için) doğrusal motor sürücüleri kullanabilir. Bu tür RTU'ların çoğu ayrıca, hatalar veya kapanmalardan sonra bile izleme eksenleri için son teknoloji elektronikler, mutlak kodlayıcılar ve hareket kontrolü içerir.

Bir doğrusal motorun erişiminin tipik bir örneği dört metre veya daha fazlasıdır. Bu erişim, daha ağır RTU uygulamalarından ziyade, alma ve yerleştirme ve yarı iletken yonga işleme için daha uygundur. Kısacası, RTU'lardaki doğrusal motorlar özellikle zordur çünkü mekanik doğruluğu sağlarlar ancak ağır yükler taşımaları gerekir. Bu, doğrusal motorların bu kadar iyi performans göstermesini sağlayan pahalı kalıcı mıknatısların daha fazlasını gerektirir.

İstisnalar da var. Tandem doğrusal aktüatörlere sahip bir dünya rekoru RTU devreye alındı ​​ve 12 m'ye kadar hassas hareketler gerektiren bir otomasyon kurulumu için özel olarak üretildi. Sert alüminyum destek rayları, iki altı sıralı doğrusal devridaim bilyalı rulman ve kılavuz yol tertibatlarıyla çalışır. İki yuvalı senkron doğrusal motorlar 4.200 N'a kadar kuvvet çıkışı sağlar.

RTU'lar için kremayer ve pinyon setleri
Raf ve pinyon setleri kullanan ticari olarak temin edilebilen RTU'lar en yaygın olanlardır. Tipik uzunluklar 15 metreye ulaşır. Doğrusal ünitenin kontrolü, ek bir kontrolöre olan ihtiyacı ortadan kaldıran, robot kontrolöründe matematiksel olarak eşleştirilmiş bir eksen olarak entegre edilmiştir. Bu tür birçok RTU, fırçasız bir ac servomotor ve planet dişli kutusunu topraklanmış helezon raf ve pinyon setleriyle eşleştirerek 30 metrelik stroklara kadar doğruluğu korur. Diğer kurulumlar, bir bloktaki ağır hizmet tipi silindirler üzerinde tek kenarlı bir ray üzerinde hareket eden bir taşıyıcı kullanır. Burada, raylar genellikle iç kenarına kesilmiş bir raf ile dikdörtgendir. Bunlar, yararlı bir düzen olduğu durumlarda kavisli segmentlerle birleşebilir.

Robotu seyahat platformunda hareket ettiren bazı RTU'lar sertleştirilmiş çelikten yapılmış düz yüzeyli raylar kullanır ve bunları kam takipçisi kümeleriyle eşleştirir. Diğerleri, platformu çalıştırmak için helezon konik redüktör ve kayışlı bir elektrik motoru kullanır. Ardından uzun mekik ekseninde, RTU bir kremayere geçen bir pinyonu çalıştıran bir elektrikli dişli motoruna sahiptir.

Simülasyon ve programlama RTU'ları
Mühendislerin RTU'ların yollarını planlamalarına ve bunları robot işlevleriyle koordine etmelerine olanak tanıyan araçlar mevcuttur. Robot simülasyon yazılımı ve hatta bazı hareket kontrol modülleri, mühendislerin yolları planlamalarına, ortaya çıkan yazılımı bir kontrolöre yüklemelerine ve ardından robotu ve RTU'yu bu tek donanım parçasıyla kontrol etmelerine olanak tanır.

Diğer bir seçenek, API'ler aracılığıyla hemen hemen her marka robotun programlanmasına olanak tanıyan robot geliştirme kitleri satan özel yazılım şirketlerinin yazılımlarıdır. Bunlar ve diğer sayısız yazılım aracı, özellikle orta düzeyde hareket kontrolü veya CNC deneyimine sahip ekipler için robot kurulumunu her zamankinden daha kolay hale getirir. İlk tasarım yinelemeleri genellikle çevrimdışı PC programlama yoluyla gerçekleşir. Daha sonra personel robotu ve RTU'yu kurduğunda, programlama yazılımı kontrollere yüklenen kodu oluşturur. Yazılım, sorunları test etmek için RTU'yu ve robotu programlanmış yollardan geçirir. Daha sonra kurulumcu, kontrolör hareketleri kaydederken robotun kavrayıcısını, kesicisini veya uç efektörünü uzayda işe özgü noktalara konumlandırmak için bir kolye kullanır. Aksi takdirde, kurulumcular tüm kurulum için bir kolye kullanabilir ve ardından arka uçta yörüngeleri parlatabilir; bu giderek yaygınlaşan bir yaklaşımdır.

Uyarı: RTU'lar robot kalibrasyonunu zorlaştırır
Fiziksel kurulumdan sonra, RTU'lar ve robotlar kalibrasyona ihtiyaç duyar. İşin püf noktası, RTU'larla eşleştirilen endüstriyel robotların genellikle tekrarlanabilir ancak doğru olmayan hareketler yapması ve bu nedenle simülasyon yaklaşımlarından farklı çıktı hareketi üretmesidir. Tek başına, endüstriyel robotlar ortalama 0,1 mm ila 0,01 mm tek yönlü tekrarlanabilirliğe sahiptir. Tipik eksenler sıfır boşluklu bir dişli kutusu ve motoru eşleştirir ve bir kontrolör bunların hepsini yüksek çözünürlüklü kodlayıcılarla izler. Çıkış hareketi doğruluğunu daha da artırmak pahalı hale gelir, çünkü dişli takımı gibi montajlar ve bileşenler kayıp hareketi (çoğunlukla mekanik uyumluluktan dolayı) ortaya çıkarır. Bu nedenle, kontroller bazı durumlarda milimetre ölçeğinde konumsal hatayı telafi etmelidir.

Geleneksel robot kalibrasyonu maliyetli lazer hizalaması kullanır. Bazen bu, çıktı hatasını yirmi kat azaltabilir. Aksi takdirde, robot üreticileri fabrika kalibrasyonu sunar. Özel robot kalibrasyon şirketleri ayrıca, eklenen bir RTU'nun genel robot hassasiyeti çıktısı üzerindeki etkisini hesaba katabilen hizmetler sunar. Aksi takdirde, çift kameralı sensörler, optik ve özel aydınlatma yoluyla sondaj incelemesi ve dinamik ölçüme olanak tanır. Mekanik kalibrasyon modları başka bir seçenektir, ancak uzun pistlerdeki robotlara uygulanması daha zordur.