Коли ви думаєте про промислового робота, що спадає на думку?

Такі шарнірні роботи широко відомі завдяки рекламі автомобільних компаній і танцювальним сценам роботів. Роботи SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) також добре відомі завдяки їх прийняттю та поширенню на заводах з початку 1980-х років. Обидва ці шарнірні роботи та SCARA поєднують лінійний і обертальний рух, що забезпечує маневреність для складних завдань. Шарнірні роботи схожі на людську руку з шістьма осями руху – трьома поступальними (лінійними) і трьома обертальними (подумайте про плече, лікоть і зап’ястя). Роботи SCARA мають чотири осі руху – X, Y, Z і тета (щось схоже на вашу руку, якщо ваше плече було знерухомлено).

Декартові роботи менш поширені в масовій культурі, але всюдисущі в промисловості, починаючи від упаковки та закінчуючи виробництвом напівпровідників. Як випливає з назви, ці роботи працюють за трьома декартовими осями – X, Y і Z – хоча вони можуть включати вісь тета для інструментів кінця плеча. Хоча декартові роботи менш «сексуальні», ніж шарнірні роботи та роботи SCARA, вони набагато універсальніші, мають більшу вантажопідйомність для свого розміру та, у багатьох випадках, кращу точність. Вони також мають високу адаптивність, оскільки осі можна оновити або змінити з відносно невеликою зміною конфігурації відповідно до нових вимог до продукту чи застосування.

Однак декартові роботи обмежені своєю консольною конструкцією, що обмежує їх вантажопідйомність. Це особливо вірно, коли крайня (Y або Z) вісь має велику довжину ходу, що спричиняє велике моментне навантаження на опорні осі. У випадках, коли потрібні довгі ходи та високі навантаження, кращим рішенням є портальний робот.

Від декартового до козлового:

Портальний робот — це модифікований стиль декартового робота, який використовує дві осі X (або базову) замість однієї базової осі, яка є в декартових системах. Додаткова вісь X (і іноді додаткові осі Y і Z) дозволяє роботам справлятися з більшими навантаженнями та зусиллями, що робить їх ідеальними для підбору й розміщення важких корисних вантажів або завантаження й розвантаження деталей. Кожна вісь базується на лінійному приводі, незалежно від того, чи це «саморобний» привод, зібраний виробником комплектного обладнання чи інтегратором, чи попередньо зібраний привод від компанії, що займається лінійним рухом. Це означає, що існують майже безмежні можливості для будь-якої комбінації високих швидкостей, довгих ходів, важких корисних навантажень і високої точності позиціонування. Спеціальні вимоги до суворих середовищ або низького рівня шуму легко враховуються, і якщо застосування вимагає одночасних, але незалежних процесів, горизонтальні осі можна побудувати за допомогою лінійних двигунів із використанням кількох кареток.

Портальні роботи зазвичай встановлюються над робочою зоною (звідси загальний термін «верхній портал»), але якщо частина не підходить для роботи згори, як у випадку з сонячними елементами та модулями, портал можна налаштувати для роботи знизу частини. І хоча портальні роботи зазвичай вважаються дуже великими системами, вони також підходять для менших машин, навіть розміром із настільний комп’ютер. Оскільки портальний робот має дві осі X, або базові, осі, моментне навантаження, що представляється осями Y і Z, а також робоче корисне навантаження, розв’язуються як сили на осях X. Це значно підвищує жорсткість системи та в більшості випадків дозволяє осям мати більшу довжину ходу та вищу швидкість, ніж аналогічний декартовий робот.

Якщо є дві паралельні осі, зазвичай лише одна з них приводиться в рух двигуном, щоб запобігти з’єднанню, яке може виникнути внаслідок дещо розсинхронізованого руху між двома. Замість приводу обох осей для передачі потужності двигуна на другу вісь використовується сполучний вал або торсионна трубка. А в деяких випадках друга вісь може бути «холостим» або слідуючим механізмом, що складається з лінійної направляючої для підтримки вантажу, але без приводного механізму. Рішення про те, чи рухати другу вісь і як, залежить від відстані між двома осями, швидкості прискорення та жорсткості з’єднання між ними. Привід лише однієї в парі осей також зменшує вартість і складність системи.

Визначення розмірів декартового або портального робота є складнішим, ніж визначення розміру SCARA або шарнірного робота (який зазвичай визначається трьома параметрами: радіус дії, швидкість і точність), але виробники спростили цей процес протягом останніх кількох років, запровадивши попередньо налаштовані системи та онлайн-інструменти, такі як конфігуратор EasySelect від Rexroth або 3D Linear Modules Builder від Adept. Ці інструменти дозволяють користувачеві вказати орієнтацію та розмір осей, а також основні параметри ходу, навантаження та швидкості. Файли САПР, які можна завантажити, також є стандартною пропозицією від виробників декартових і портальних роботів, що дозволяє їх легко інтегрувати в дизайн або макет робочого процесу, подібно до SCARA та шарнірних роботів. Хоча шарнірні роботи та роботи SCARA легко розпізнаються, а декартові роботи широко розгортаються, портальна конструкція долає властиві їм обмеження щодо навантаження, швидкості, радіусу дії та повторюваності завдяки неперевершеному рівню налаштування та гнучкість. Одним словом, портальні роботи пропонують найкраще поєднання корисного навантаження та ходу.