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

Такие шарнирные роботы широко известны благодаря рекламе автомобильных компаний и танцевальным номерам роботов. Роботы SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) также хорошо известны благодаря их внедрению и широкому распространению на заводах с начала 1980-х годов. Оба они — шарнирные и роботы SCARA — сочетают в себе линейное и вращательное движение, что обеспечивает маневренность для выполнения сложных задач. Шарнирные роботы аналогичны человеческой руке с шестью осями движения — тремя поступательными (линейными) и тремя вращательными (например, плечо, локоть 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 распространенные в массовой культуре, но повсеместно используемые в промышленности, от упаковки до производства полупроводников, декартовы роботы. Как следует из названия, эти роботы работают по трём декартовым осям – X, Y и Z – хотя могут включать ось тета для работы с инструментами на конце руки. Хотя декартовы роботы менее привлекательны, чем сочленённые роботы и роботы SCARA, они гораздо более универсальны, обладают большей грузоподъёмностью для своих размеров и, во многих случаях, более высокой точностью. Они также легко адаптируются, поскольку оси можно модернизировать или менять с относительно небольшой перенастройкой в соответствии с меняющимися требованиями к продукту или области применения.

Однако декартовы роботы ограничены своей изначально консольной конструкцией, что ограничивает их грузоподъёмность. Это особенно актуально, когда крайняя ось (Y или Z) имеет большую длину хода, что создаёт значительную моментную нагрузку на опорные оси. В случаях, когда требуются большие ходы и высокие нагрузки, лучшим решением является портальный робот.

От декартовой системы координат к гантри:

Портальный робот — это модифицированный тип декартового робота, использующий две оси X (или базовые) вместо одной базовой оси, как у декартовых роботов. 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 полезных грузов или загрузки и выгрузки деталей. Каждая ось основана на линейном приводе, будь то «самодельный» привод, собранный OEM-производителем или интегратором, или предварительно собранный привод от компании, занимающейся линейными перемещениями. Это означает, что существуют практически безграничные возможности для любой комбинации высоких скоростей, длинных ходов, больших полезных нагрузок и высокой точности позиционирования. Специальные требования к суровым условиям или низкому уровню шума легко реализуются, а если приложение требует одновременного, но независимого выполнения процессов, горизонтальные оси могут быть построены с помощью линейных двигателей с использованием нескольких кареток.

Портальные роботы обычно устанавливаются над рабочей зоной (отсюда и распространённый термин «портальный механизм»), но если деталь не подходит для перемещения сверху, как в случае с солнечными батареями и модулями, портальный механизм можно настроить для работы снизу. Хотя портальные роботы обычно считаются очень большими системами, они также подходят для небольших, даже настольных, станков. Поскольку портальный робот имеет две оси X (базовые оси), момент нагрузки, создаваемый осями Y и Z, а также рабочая нагрузка, представляются в виде сил, действующих на оси X. Это значительно увеличивает жёсткость системы и в большинстве случаев позволяет осям иметь большую длину хода и более высокие скорости, чем у аналогичного декартового робота.

При наличии двух параллельных осей обычно только одна из них приводится в движение двигателем, чтобы предотвратить заедание, которое может возникнуть из-за небольшой несинхронности движения между ними. Вместо привода обеих осей для передачи мощности двигателя на вторую ось используется соединительный вал или крутящий момент. В некоторых случаях вторая ось может быть «холостой» или ведомой, состоящей 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. Привод только одной из пары осей также снижает стоимость и сложность системы.

Расчет размеров декартового или портального робота сложнее, чем расчет размеров SCARA или шарнирного робота (которые обычно определяются тремя параметрами: досягаемостью, скоростью и точностью), но за последние несколько лет производители упростили этот процесс, внедрив предварительно настроенные системы и онлайн-инструменты, такие как конфигуратор EasySelect от Rexroth или 3D Linear Modules Builder от Adept. Эти инструменты позволяют пользователю задать ориентацию и размер осей, а также базовые параметры хода, нагрузки и скорости. Загружаемые файлы САПР также являются стандартным предложением от производителей декартовых и портальных роботов, что упрощает их интеграцию в конструкцию или схему рабочего процесса, подобно SCARA и шарнирным роботам. Хотя 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.