Производственные и упаковочные операции, предполагающие ручную обработку материалов или деталей, могут получить немедленные преимущества от автоматизации благодаря использованию декартовых роботов с большим ходом, оснащенных специальными инструментами на конце руки (EoAT) и передовыми сенсорными возможностями. Эти роботы могут использоваться на различных станках для выполнения задач, которые в противном случае выполнялись бы вручную, таких как обслуживание станков или перемещение деталей в процессе производства.

Декартовы роботы состоят из двух или более скоординированных линейных позиционирующих устройств… поэтому, возможно, это не первое, что приходит на ум инженеру-конструктору, новичок в автоматизации. Многие сравнивают роботов с шестиосевыми роботами с шарнирной рукой, которые промышленность всё чаще использует на заводах. Даже опытные инженеры по автоматизации могут недооценивать декартовы роботы… сосредоточившись на шестиосевых моделях. Однако игнорирование преимуществ декартовой системы с большим ходом может обернуться дорогостоящей ошибкой, особенно в приложениях, требующих от робота:

1. Обслуживание нескольких машин

2. Достигайте больших высот

3. Выполнять простые и повторяющиеся операции.

Проблема с шестиосными роботами

Недаром роботы с шарнирной рукой играют важную роль во множестве автоматизированных производственных и упаковочных предприятий… особенно в сборке электроники и медицинской промышленности. При правильном выборе размера такие роботизированные руки могут обрабатывать большие грузы, обладая гибкостью для выполнения множества различных автоматизированных задач, управляемых программированием (и дополняемых сменой инструмента на конце руки). Но шестиосевые роботы могут быть дорогими и требовать высокой плотности размещения роботов. Последний термин указывает на то, что предприятию, вероятно, понадобится отдельный робот для каждых одной или двух упаковочных машин. Конечно, существуют более крупные и более дорогие шестиосевые роботы с радиусом действия для обслуживания более чем пары машин, но даже они являются неоптимальными решениями, поскольку вынуждают инженеров завода размещать машины вокруг одного очень большого робота. Роботы с шарнирной рукой также требуют защитных ограждений, занимают ценное пространство на полу, а также программирования и обслуживания квалифицированными сотрудниками.

Аргументы в пользу декартовых линейных систем с большим перемещением

Декартовы роботы превосходят шестиосевые роботы во многом благодаря снижению требуемой плотности размещения роботов. Ведь один декартов робот с большим ходом может обслуживать несколько станков, не требуя перестановки станков вокруг него.

Транспортные роботы устанавливаются над станками, и, как правило, не занимают места на полу… что, в свою очередь, снижает требования к обеспечению безопасности. Кроме того, декартовы роботы требуют минимального программирования и обслуживания после первоначальной настройки.

Одна из проблем заключается в том, что возможности декартовых робототехнических систем сильно различаются. Если инженеры найдут информацию о декартовых роботах в интернете, они найдут множество небольших систем, оптимизированных для операций захвата и перемещения на производственном или сборочном оборудовании. По сути, это линейные модули, встроенные в готовые декартовы решения, — они сильно отличаются от роботов-трансформаторов, используемых в более крупных операциях и требующих соответствия следующим параметрам.

Долгие путешествия:Любой робот, приобретаемый для обслуживания нескольких крупных машин, должен иметь длину хода 50 футов и более.

Многокаретный и специальный инструмент для концевой части:Роботы с длинной транспортировкой достигают максимальной эффективности при оснащении несколькими независимо действующими каретками для перемещения по главной оси, что позволяет одному декартову роботу выполнять работу многих. Повышение производительности достигается за счет специализированного инструментария, позволяющего обрабатывать товары более эффективно, чем стандартные EoAT, такие как вакуумные или пальчиковые захваты. Во многих случаях специализированные EoAT также могут упростить конструкцию систем обработки материалов, работающих совместно с декартовым роботом.

Упрощенная архитектура управления:В некоторых новых декартовых роботах традиционные архитектуры управления, основанные на отдельных двигателях, приводах и контроллерах, заменены интегрированными серводвигателями (в комплекте с сервоприводами), что позволяет отказаться от шкафа управления. Для самых сложных приложений с декартовыми роботами традиционная архитектура всё ещё может быть востребована… но интегрированные серводвигатели отлично справляются с задачами управления движением «точка-точка», характерными для большинства декартовых роботов. Использование интегрированных серводвигателей может помочь инженеру-конструктору максимально повысить экономическую эффективность декартовой автоматизации.

Избирательное использование:Поскольку декартовы роботы устанавливаются над или позади обслуживаемых ими машин, они также позволяют пользователям управлять машинами вручную при необходимости, например, для выполнения коротких циклов обработки деталей особого размера. Такое избирательное использование затруднено в случае использования напольных шестиосевых роботов, которые могут блокировать доступ к машинам.

Конкретный пример декартового робота

Некоторые декартовы роботы способны перемещаться на расстояние более 15 метров, развивая при этом скорость до 4 м/с. Стандартные каретки могут быть оснащены двухременным приводом; некоторые другие каретки оснащены верхним приводным ремнём, который непрерывно вращается внутри. Последнее предотвращает провисание ремня в перевёрнутых или консольных конструкциях и позволяет нескольким независимым кареткам одновременно работать на одной оси.

Длинные ремни усложняют конструкцию декартовых роботов, поскольку снижают жёсткость трансмиссии (что, в свою очередь, ухудшает производительность). Это связано с тем, что поддерживать заданное натяжение длинных ремней сложно… и (что ещё хуже) натяжение ремней асимметрично и непостоянно. Из-за этого длинные рециркуляционные ремни становятся неэффективным, капризным и дорогим решением для точного позиционирования.

В отличие от этого, линейные приводы с подвижным двигателем используют короткие и плотные ремни, размещенные внутри каретки, чтобы они могли реагировать на команды, поступающие от энкодера. Точность сохраняется независимо от длины декартовой системы перемещения… будь то 4 м или 40 м.

Пример применения в упаковочной промышленности

Роботизированные устройства передачи данных с большим ходом в декартовой системе координат используются для подачи, упаковки в картонные коробки и формирования лотков, а также могут выполнять операции по паллетированию и депаллетированию.

Рассмотрим упаковку продукции. В недавнем проекте компании по упаковке сельскохозяйственной продукции из Центральной долины Калифорнии один из производителей поставил роботов-переносчиков с большим ходом для бесшовной интеграции с существующей системой формирования лотков IPAK. Каждый робот обслуживает до четырёх машин одновременно, заполняя их стопками листов гофрированного картона. Трёхкоординатные портальные роботы основаны на мощных линейных сервоприводах с ременным приводом, обеспечивающих неограниченную длину перемещения, независимо движущиеся каретки и возможность установки платформы в любом положении. Самая длинная ось одного из таких роботов проходит над группой формирующих лотков с ходом более 15 метров.

Для подачи листов гофрокартона в четыре формовочных машины робот сначала берёт партию картона со специально спроектированного дока, на котором установлены поддоны с листами гофрокартона. Затем робот доставляет партию картона к каждой формовочной машине. Благодаря своей скорости (до 4 м/с) робот может легко обработать четыре формовочные машины — даже при производительности до 35 лотков в минуту.

Защитное ограждение использует подъемные раздвижные ворота и датчики, которые поднимаются из обслуживаемых машин, чтобы ограждать робота по мере необходимости. Это решение менее затратно, чем решение для напольных шестиосевых роботов.

В эту систему также включены все элементы управления и настраиваемый EoAT, способный работать со стопками гофрированных листов, высота и вес которых непредсказуемо меняются. Инструментарий может обрабатывать полезную нагрузку до 50 кг без каких-либо проблем. Решение освобождает операторов, которым раньше приходилось поднимать картонные пачки с поддонов и наклоняться, чтобы загрузить их в формовочные машины. Автоматизация этих задач освободила персонал, дав ему возможность сосредоточиться на менее изнурительной работе. Крупногабаритные роботы-переносчики — лишь один из примеров того, что можно сделать с помощью декартовых роботизированных систем в области упаковки. Некоторые поставщики также разработали системы паллетирования и депаллетирования, основанные на аналогичных декартовых подходах. Все такие роботы используют три линейных этапа, оснащенных датчиками, элементами управления и инструментами на конце руки для максимально эффективной и производительной автоматизации упаковки.