Robot konumlandırma sistemleri, bir robotun birden fazla görevi yerine getirmesine olanak tanıyan depo, havacılık ve otomotiv tesislerinde uzun yollardır. 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 yere sabitlendiği 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 edilen veya süreçlerin ve ilgili makinelerin düz bir sıraya yerleştirilebildiği kurulumlardır. RTU'ların altı eksenli robotları hareket ettirdiği durumlarda, doğrusal izler bazen yedinci eksen olarak da adlandırılır (veya daha az yaygın olarak, robotun kendisi yedi serbestlik derecesine sahip olduğunda, sekizinci eksen). Bu raylar, robotun asıldığı çerçeveler de dahil olmak üzere bir çerçevenin parçası olduğunda, bunlar köprülerdir.

Robot veya palet morfolojisi ne olursa olsun, ekstra eksenin amacı öteleme hareketi eklemektir. Bu ya çalışma kapsamını genişletir ya da bir robotun iş parçalarını veya aletleri taşımasına olanak tanır. Bazı düzenlemelerde, ilki, bir robotun birden fazla makineye bakmasına, sıralardan palet almasına veya çok büyük bileşenleri işlemesine olanak tanır. İkincisi için yaygın uygulamalar paketleme, kaynaklama, plazma arklı kesme ve diğer mekanik görevlerdir.

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

RTU'lar için çok sayıda tasarım ve sürücü seçeneği var
Bazı köprüler robotları ters çevirmek ve makinelere yukarıdan daha iyi erişim sağlamak için onları askıya almak için çerçeveleme içerse de, zemine cıvatalanan ve robotu dik olarak yönlendiren RTU'lar en yaygın olanıdır. Bu RTU'lar ortalama olarak daha yüksek yük taşıma kapasitesine sahip olup, robot kollarını ve binlerce pound ağırlığındaki kavranmış yükleri taşımaktadır.

Mühendisler, önceden tasarlanmış RTU'lar satın alabilir veya hareket sistemi uzmanlığını kullanarak RTU'ları şirket içinde oluşturabilirler. En basitleri, robotun cıvatalandığı platformları taşıyan doğrusal hat çiftleridir. Bununla birlikte, birçok OEM, RTU'lardaki robotların yüksek hassasiyetli işler gerçekleştireceği durumlar için özel entegratörler görevlendirir; örneğin, bir kesme görevi (tasarımın birden fazla eksenin artikülasyonunu senkronize etmesi gerektiği durumlarda) veya dökümleri işleme için çeşitli takım tezgahları boyunca hareket ettirir.

Robot transfer ünitelerinin mühendisliğindeki en büyük zorluk, onları taşıdıkları robot kollarının eklemlenmesiyle senkronize olacak şekilde programlamaktır. İkinci en büyük zorluk, RTU'ların metrelerce doğru doğrusal hareketi sürdürmesini sağlamaktır.

Uzun vuruşlar için fiziksel gereksinimlerin karşılanması
Bazen hız, en önemli RTU tasarım hedefidir. Bu, özellikle RTU'ların özel kurulumlarda robotları birkaç yüz fitten veya daha fazla uzağa götürdüğü durumlarda geçerlidir. Hareket eden robotlar bağlamında yüksek hız (bazen binlerce kilo artı yük taşıyan kollar) görecelidir. Bununla birlikte, bazı RTU'lar 1 g'ye kadar ivmeyle 10 ft/sn'nin üzerinde hareket edebilir.

Ancak çoğu zaman doğruluk, RTU tasarım hedefinin en önemlisidir. Örneğin, bir robotun işbirliğine dayalı bir çalışma hücresine işleme konusunda yardımcı olduğu bir uygulamayı düşünün. Burada hızlılık ve robot çalışma alanının genişletilmesi, yalnızca çevredeki çerçevenin doğruluğu sıkı tutabilmesi durumunda faydalıdır. Bu tür tasarımlar genellikle palet hareketleri sırasında 0,02 mm'ye kadar doğruluk ve 0,2 mm'ye kadar konumlandırma tekrarlanabilirliğine ihtiyaç duyar.

Buna karşılık, bir uygulama, uyarlanabilir kontrolleri adım adım uygulayan ancak mutlak hassasiyete daha az bağımlı olan uygulamalar için bir robot kolu kullanıyorsa, diğer kurulumlar işe yarayabilir. Bu, örneğin nakliye konteynırlarını boşaltmak için robot koluyla donatılmış mobil bir araç şeklini bile alabilir.

Tasarım ne olursa olsun, düşük bakım ve uzun ömür, genellikle birden fazla tesis fonksiyonu ve diğer birçok makine parçasıyla ilişkili olduğundan, tüm RTU kurulumları için çok önemlidir. Bu nedenle, RTU'nun kesintisi çoğu zaman diğer istasyonların hizmet dışı kalmasına neden olur.

Entegre güvenlik de önemlidir, çünkü birçok RTU, robotları makine aletleri ve hatta işçiler gibi pahalı ekipmanların bulunduğu alanlarda, özellikle de montaj personelinin bulunduğu bölgelerde çalıştıkları yerlerde taşır.

RTU'lar için kayışlar, vidalar ve pnömatikler
Orta aralıktaki doğrusal mesafeleri kateden robot köprüleri genellikle kayış tahrikleriyle eşleştirilmiş motorlar kullanır. Bunlar, bir kayış boyunca gerilim oluşturmak ve hızlı bir şekilde hızlanmak için elektrik motoruyla tahrik edilen makaraları kullanan nispeten basit sistemlerdir. Ancak daha uzun stroklara ulaştıklarında, sistem gerginliği tüm uzunluk boyunca koruyamazsa kayışların sarkması ile ilgili sorunlar ortaya çıkabilir. Açık olmak gerekirse, sorun yük sınırlaması değildir. Aksine, kemer uyumu nedeniyle hareket kaybı riski vardır.

Ölçeklenebilirlik uyarısının istisnaları vardır. Bazı RTU'larda kayış eksenleri (ortak bir tahrik milinden tahrik edilir) harmonik krankları çalıştırır. 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 yönlerde çerçeveleme ve doğrusal raylar kullanır. Kayış tahrikli ray aktüatörlerine sahip bu tür bazı RTU'lar, bir tonluk robotları düzinelerce fit boyunca hareket ettirirken bile tekrarlanabilirliği ± 0,001 inç tutabilir. Burada (doğru raylar sayesinde) kayış tahrikli aktüatörler, alternatiflere göre daha ucuz ve daha esnek RTU'lar sağlar.

Yedinci eksen için başka bir seçenek bilyeli vidayla tahrik edilen eksendir. Bu kurulum, kayış tahriklerinde ortaya çıkabilecek titreşim ve yaylanmayı ele alır. Temel olarak 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, özellikle yeterli destek alamadıklarında vidaların yüksek hızlarda dönmesidir. Bunun nedeni bilyalı vidalı millerin kendi ağırlıkları altında bükülmesidir. Daha sonra kritik hızda (vida-şaft çapının, düzlüğün, hizalamanın ve desteklenmeyen uzunluğun bir fonksiyonu) hareket, şaftın doğal frekansını harekete geçirir. Yani vidalı mil uzunluğu arttıkça maksimum hız azalır.

Bazı kurulumlarda, ayrılan ve birlikte çöken yatak blokları kullanılır ve daha sonra, daha uzun süre kırılmadan uzatma için vidayı destekler ve desteklenir. Bununla birlikte, ekstra uzun vidalı mil tahrikli paletler için üreticilerin birden fazla vidayı birleştirmesi gerekir (geometrinin çarpık olmasını önlemek için genellikle kaynak yerine tutkalla). Aksi halde, vidanın kamçı sorununu çözmek için ekstra geniş bir çapa sahip olması gerekir. Bu tür bilyalı vida bazlı kurulumların vuruşları 10 metreye ulaşıyor ve 4.000 rpm'ye ulaşıyor. Başka bir uyarı: Robot paletlerindeki vidaların kir ve kalıntılardan korunması gerekir. Bununla birlikte, çalıştıkları yerde bilyalı vidalarla eşleştirilmiş elektrik motorları kullanan RTU'lar, kayış tahrikli eksenlerden daha büyük yükleri kaldırmaktadır.

Uzun stoklu kurulumlar için akışkan gücü de mevcuttur. Bu tür pnömatik RTU'lar genellikle yalnızca ileri geri iki duraklı konumlandırmaya ihtiyaç duyan 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 robotiğinde kullanım için) doğrusal motor sürücülerini kullanabilir. Bu tür RTU'ların çoğu aynı zamanda en son teknolojiye sahip elektronikleri, mutlak kodlayıcıları ve hatalar veya kapanmalardan sonra bile eksenleri takip etmek için hareket kontrolünü içerir.

Doğrusal bir motorun erişim mesafesinin daha tipik olanı dört metre kadardır. Bu tür bir erişim, daha ağır RTU uygulamalarından ziyade al ve yerleştir ve yarı iletken levha işleme için daha uygundur. Kısacası, RTU'lardaki lineer motorlar özellikle zorludur çünkü mekanik doğruluk sağlarlar ancak ağır yük taşımaları gerekir. Bu, lineer motorların bu kadar iyi performans göstermesini sağlayan pahalı kalıcı mıknatıslardan daha fazlasını gerektirir.

İstisnalar var. Tandem lineer aktüatörlere sahip dünya rekoru kıran bir RTU devreye alındı ​​ve 12 m'ye kadar hassas hareketler gerektiren bir otomasyon kurulumu için özel olarak üretildi. Sert alüminyum destek rayları iki adet altı sıralı doğrusal sirkülasyonlu bilyalı rulmanlar ve kılavuz yolu düzenekleriyle çalışır. İkiz oluklu senkron lineer motorların çıkış gücü 4.200 N'ye çıkar.

RTU'lar için kremayer ve pinyon setleri
Kremayer ve pinyon setlerini kullanan ticari olarak temin edilebilen RTU'lar en yaygın olanıdır. Tipik uzunluklar 15 metreye ulaşır. Doğrusal ünitenin kontrolü, robot kontrolörüne matematiksel olarak bağlanmış bir eksen olarak entegre edilmiştir, bu da ek bir kontrolör ihtiyacını ortadan kaldırır. Bu tür RTU'ların çoğu, fırçasız bir ac servo motor ve planet dişli kutusunu zemin helisel kremayer ve pinyon setleriyle eşleştirerek 30 metrelik stroklarda bile doğruluğu korur. Diğer kurulumlar, bir bloktaki ağır hizmet silindirleri üzerinde tek kenarlı bir ray üzerinde hareket eden bir taşıyıcı kullanır. Burada raylar genellikle dikdörtgen şeklinde olup, iç kenarda bir raf kesilmiştir. Bunlar, yararlı bir düzen olan kavisli bölümlerle birleşebilir.

Robotu seyahat platformunda hareket ettiren bazı RTU'lar, sertleştirilmiş çelikten yapılmış düz yüzeyli raylar kullanır ve bunları kam takipçisi kümeleriyle eşleştirir. Diğerleri platforma güç sağlamak için helisel eğimli redüktörlü ve kayışlı bir elektrik motoru kullanıyor. Daha sonra uzun mekik ekseninde RTU, kremayer dişlisini çalıştıran bir elektrikli redüktörlü motora sahiptir.

RTU'ların simülasyonu ve programlanması
Mühendislerin RTU'ların yollarını planlamasına ve bunları robot işlevleriyle koordine etmesine olanak tanıyan araçlar mevcuttur. Robot simülasyon yazılımı ve hatta bazı hareket kontrol cihazı modülleri, mühendislerin izleri planlamasına, elde edilen yazılımı bir kontrol cihazına yüklemesine ve ardından robotu ve RTU'yu tek bir donanımla kontrol etmesine olanak tanır.

Diğer bir seçenek ise, API'ler aracılığıyla çoğu robot markasının programlanmasına olanak tanıyan, robot geliştirme kitleri satan özel yazılım şirketlerinin yazılımıdır. Bunlar ve diğer sayısız yazılım araçları, özellikle orta derecede hareket kontrolü veya CNC deneyimi olan ekipler için robot kurulumunu her zamankinden daha kolay hale getiriyor. İlk tasarım yinelemeleri genellikle çevrimdışı bilgisayar programlama yoluyla gerçekleşir. Daha sonra personel robotu ve RTU'yu kurduğunda programlama yazılımı, kontrollere yüklenen kodu üretir. Yazılım, sorunları test etmek için RTU'yu ve robotu programlanmış yollardan yönlendirir. Daha sonra kurulumu yapan kişi, kontrol cihazı hareketleri kaydederken robotun kavrayıcısını, kesicisini veya uç efektörünü uzaydaki işe özel noktalara konumlandırmak için bir askı aparatı kullanır. Aksi takdirde, montajcılar tüm kurulum için bir kolye kullanabilir ve ardından arka uçtaki yörüngeleri cilalayabilir; bu giderek yaygınlaşan bir yaklaşımdır.

Uyarı: RTU'lar robot kalibrasyonunu zorlaştırır
Fiziksel kurulumun ardından RTU'ların ve robotların kalibrasyona ihtiyacı vardır. İşin püf noktası, RTU'larla eşleştirilmiş endüstriyel robotların sıklıkla tekrarlanabilir ancak doğru olmayan hareketler yapması, dolayısıyla simülasyon yaklaşımlarından farklı olan çıktı hareketi sağlamasıdır. Tek başına, endüstriyel robotların ortalama tek yönlü tekrarlanabilirliği 0,1 mm ile 0,01 mm arasındadır. Tipik eksenler, sıfır boşluklu bir dişli kutusu ile motoru eşleştirir ve bir denetleyici, bunların hepsini yüksek çözünürlüklü kodlayıcılarla izler. Düzenekler ve dişliler gibi bileşenler hareket kaybına yol açtığından (çoğunlukla mekanik uyumluluktan dolayı) çıkış hareketi doğruluğunu daha da artırmak pahalı hale gelir. Bu nedenle, bazı durumlarda kontrollerin genellikle milimetre ölçeğindeki konum hatalarını telafi etmesi gerekir.

Geleneksel robot kalibrasyonu maliyetli lazer hizalama kullanır. Bazen bu, çıktı hatasını yirmi kat azaltabilir. Aksi takdirde robot üreticileri fabrika kalibrasyonu sunmaktadır. Özel robot kalibrasyon şirketleri ayrıca, eklenen bir RTU'nun genel robot hassasiyeti çıktısı üzerindeki etkisini hesaba katabilecek hizmetler de sunmaktadır. Aksi takdirde, çift kameralı sensörler, optikler ve özel aydınlatma aracılığıyla problu denetime ve dinamik ölçüme olanak tanır. Mekanik kalibrasyon modları başka bir seçenektir, ancak bunların uzun yollardaki robotlara uygulanması daha zordur.