Robot konumlandırma sistemleri, depo, havacılık ve otomotiv tesislerinde tek bir robotun birden fazla görevi yerine getirmesini sağlayan uzun raylardır. Robot transfer üniteleri, RTU'lar veya 7. eksen sistemleri olarak da adlandırılan bu hareket tasarımları, montaj, büyük ölçekli kaynak ve depolama alanlarında giderek yaygınlaşmaktadır.

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, henüz inşa edilmekte olan veya süreçlerin ve ilgili makinelerin düz bir sıra halinde yerleştirilebildiği kurulumlardır. RTU'ların altı eksenli robotları hareket ettirdiği durumlarda, doğrusal raylar bazen yedinci eksen (veya daha az yaygın olarak, robotun yedi serbestlik derecesine sahip olduğu durumlarda sekizinci eksen) olarak da adlandırılır. Bu raylar, robotun asılı olduğu çerçeveler de dahil olmak üzere bir çerçevenin parçası olduğunda, köprülerdir.

Robot veya palet morfolojisi ne olursa olsun, ekstra eksenin amacı öteleme hareketi eklemektir. Bu, çalışma alanını genişletir veya 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, kaynak, plazma ark kesme ve diğer mekanik görevlerdir.

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

RTU'lar için tasarım ve sürüş seçenekleri boldur
Bazı köprüler, robotları ters çevirip yukarıdan makinelere daha iyi erişim sağlamak için askıya alan 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 ve binlerce kilo ağırlığındaki robot kollarını ve kavranabilen yükleri taşır.

Mühendisler, önceden tasarlanmış RTU'lar satın alabilir veya hareket sistemi uzmanlığını kullanarak şirket içinde RTU'lar inşa edebilirler. En basitleri, robotun üzerine oturduğu platformları taşıyan doğrusal raylı çiftlerdir. Ancak birçok OEM, RTU'lardaki robotların yüksek hassasiyetli işler gerçekleştireceği durumlar için özel entegratörler kullanır; örneğin, bir kesme görevi (tasarımın birden fazla eksenin eklemlenmesini senkronize etmesi gerekir) veya dökümleri işleme için çeşitli takım tezgahları arasında hareket ettirmek.

Robot transfer ünitelerinin mühendisliğindeki en büyük zorluk, bunları taşıdıkları robot kollarının eklem hareketleriyle senkronize olacak şekilde programlamaktır. İkinci en büyük zorluk ise, RTU'ların uzun mesafelerde hassas doğrusal hareketi sürdürmesini sağlamaktır.

Uzun vuruşlar için fiziksel gereksinimlerin karşılanması
Bazen hız, RTU tasarım hedefinin en önemli unsurudur. Bu, özellikle RTU'ların robotları özel kurulumlarda birkaç yüz metre veya daha fazla uzağa taşıdığı durumlarda geçerlidir. Hareket eden robotlar bağlamında yüksek hız (bazen binlerce kilo ağırlığındaki kollar ve yükleri) görecelidir. Ancak bazı RTU'lar, bir g ivmeyle saniyede 3 metreden (10 ft/sn) daha hızlı hareket edebilir.

Ancak çoğu zaman, doğruluk öncelikli RTU tasarım hedefidir. Örneğin, bir robotun iş birliği yapan bir çalışma hücresine işleme konusunda yardımcı olduğu bir uygulamayı ele alalım. Burada, hız ve robotun çalışma alanının genişlemesi, yalnızca çevreleyen çerçevenin doğruluğu sıkı bir şekilde koruyabilmesi durumunda faydalıdır. Bu tür tasarımlar genellikle palet hareketleri sırasında 0,02 mm'ye kadar doğruluk ve yaklaşık 0,2 mm'ye kadar konumlandırma tekrarlanabilirliği gerektirir.

Buna karşılık, bir uygulama, adaptif kontrolleri test eden 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 kolu takılmış mobil bir araç şeklinde bile olabilir.

Tasarım ne olursa olsun, düşük bakım ve uzun ömür, tüm RTU kurulumları için hayati önem taşır, çünkü bunlar genellikle birden fazla tesis fonksiyonu ve birkaç başka makineyle ilişkilendirilir. Bu nedenle, RTU'nun devre dışı kalması genellikle diğer istasyonların devre dışı kalmasına neden olur.

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

RTU'lar için kayışlar, vidalar ve pnömatikler
Orta menzilli doğrusal mesafeleri kat eden robot köprüleri genellikle kayış tahrikleriyle eşleştirilmiş motorlar kullanır. Bunlar, kayış boyunca gerilim oluşturmak ve hızla ivmelenmek için elektrik motoru tahrikli kasnaklar kullanan nispeten basit sistemlerdir. Ancak, daha uzun stroklara ulaştıklarında, sistem tüm uzunluk boyunca gerilimi koruyamazsa kayışların sarkmasıyla ilgili sorunlar ortaya çıkabilir. Açıkça söylemek gerekirse, sorun yük sınırlaması değil. 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 düzenekte daha fazla hassasiyet elde etmek için tamamlayıcı yönelimlerde çerçeve ve doğrusal raylar kullanır. Kayış tahrikli ray aktüatörlerine sahip bu tür RTU'ların bazıları, bir tonluk robotları onlarca fit öteye taşırken bile ± 0,001 inç'e kadar tekrarlanabilirliği koruyabilir. Burada (doğru raylar sayesinde) kayış tahrikli aktüatörler, alternatiflerine göre daha ucuz ve daha esnek RTU'lar oluşturur.

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

Bilyalı vidalar, aralıklı yatak destekleri yardımıyla yaklaşık altı metreye kadar uzunluktaki kurulumlarda genellikle iyi çalışır. Daha uzun eksenlerde asıl sorun, özellikle yeterli destek almadıklarında vidaların yüksek hızlarda savrulmasıdır. Bunun nedeni, bilyalı vida millerinin kendi ağırlıkları altında bükülmesidir. Kritik hızda (vida mili çapı, doğrusallık, hizalama ve desteksiz uzunluğun bir fonksiyonu) hareket, milin doğal frekansını uyarır. Dolayısıyla, bilyalı vida uzunluğu arttıkça maksimum hız düşer.

Bazı kurulumlar, ayrılıp birbirine yapışan ve daha sonra sabit kalıp vidayı daha uzun süre kırbaçsız uzama için destekleyen yatak blokları kullanır. Ancak, ekstra uzun bilyalı vida tahrikli raylar için, üreticilerin birden fazla vidayı birleştirmesi gerekir (genellikle eğrilmiş geometriyi önlemek için kaynak yerine tutkal kullanarak). Aksi takdirde, kırbaç sorununu çözmek için vidanın ekstra büyük bir çapa sahip olması gerekir. Bu tür bilyalı vida tabanlı bazı kurulumların darbeleri 10 metreye ulaşır ve 4.000 rpm'ye kadar çıkar. Bir diğer 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 stroklu kurulumlar için akışkan gücü de mevcuttur. Bu tür pnömatik RTU'lar, genellikle yalnızca ileri geri iki duraklı konumlandırma gerektiren uygulamalar için düşük maliyetli bir çözümdür. Ortalama olarak, ürünler saniyede 2 metre hızla 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 sürücüleri kullanabilir. Bu tür RTU'ların çoğu, hatalar veya kesintilerden sonra bile izleme eksenleri için en son teknoloji elektronik aksamlar, mutlak kodlayıcılar ve hareket kontrolü içerir.

Lineer bir motorun tipik menzili yaklaşık dört metredir. Bu menzil, ağır RTU uygulamalarından ziyade, alma-yerleştirme ve yarı iletken yonga işleme için daha uygundur. Kısacası, RTU'lardaki lineer motorlar, mekanik doğruluğu sağladıkları ancak ağır yükleri taşımaları gerektiği için özellikle zorludur. Bu durum, lineer motorların bu kadar iyi performans göstermesini sağlayan pahalı kalıcı mıknatısların daha fazla kullanılmasını gerektirir.

İstisnalar da mevcuttur. Tandem lineer aktüatörlere sahip dünya rekoru kıran bir RTU, 12 metreye kadar hassas hareketler gerektiren bir otomasyon kurulumu için devreye alınmış ve özel olarak üretilmiştir. Sert alüminyum destek rayları, iki adet altı sıralı lineer bilyalı rulman ve kılavuz ray tertibatlarıyla çalışır. İkiz yuvalı senkron lineer motorlar 4.200 N'a kadar kuvvet çıkışı sağlar.

RTU'lar için kremayer ve pinyon setleri
Ticari olarak satılan ve kremayer ve pinyon setleri kullanan RTU'lar en yaygın olanlardır. Tipik uzunlukları 15 metreye ulaşır. Lineer ünitenin kontrolü, robot kontrol ünitesine matematiksel olarak bağlı bir eksen olarak entegre edilmiştir, bu da ek bir kontrol ünitesine olan ihtiyacı ortadan kaldırır. Bu tür RTU'ların çoğu, fırçasız bir AC servo motor ve planet dişli kutusunu, taşlanmış helisel kremayer ve pinyon setleriyle eşleştirerek 30 metrelik stroklara kadar hassasiyeti korur. Diğer kurulumlarda, bir bloktaki ağır hizmet tipi silindirler üzerinde tek kenarlı bir ray üzerinde hareket eden bir taşıyıcı kullanılır. Burada, raylar genellikle iç kenarına kesilmiş bir kremayer ile dikdörtgendir. Bunlar, kullanışlı bir düzenek olan kavisli segmentlerle birleşebilir.

Robotu hareketli platform üzerinde hareket ettiren bazı RTU'lar, sertleştirilmiş çelikten yapılmış düz yüzeyli raylar kullanır ve bunları kam takip gruplarıyla birleştirir. Diğerleri ise platforma güç sağlamak için helisel konik redüktörlü ve kayışlı bir elektrik motoru kullanır. Uzun mekik ekseninde ise RTU, kremayere bağlanan bir pinyonu çalıştıran bir elektrikli redüktörlü motora sahiptir.

Simülasyon ve programlama RTU'ları
Mühendislerin RTU'ların yollarını planlamalarına ve bunları robot fonksiyonlarıyla koordine etmelerine olanak tanıyan araçlar mevcuttur. Robot simülasyon yazılımları ve hatta bazı hareket kontrol modülleri, mühendislerin rota planlamalarına, elde edilen yazılımı bir kontrol cihazına yüklemelerine ve ardından robotu ve RTU'yu bu tek donanım parçasıyla kontrol etmelerine olanak tanır.

Diğer bir seçenek ise, robot geliştirme kitleri satan özel yazılım şirketlerinden gelen ve API'ler aracılığıyla hemen hemen her marka robotun programlanmasına olanak tanıyan yazılımlardır. Bunlar ve sayısız diğer 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. Ardından, personel robotu ve RTU'yu kurduğunda, programlama yazılımı kontrollere yüklenen kodu üretir. Yazılım, sorunları test etmek için RTU'yu ve robotu programlanmış yollardan geçirir. Ardından, kurulumcu robotun tutucusunu, kesicisini veya uç efektörünü uzayda işe özgü noktalara konumlandırmak için bir askı aparatı kullanır ve kontrolör hareketleri kaydeder. Aksi takdirde, kurulumcular tüm kurulum için bir askı aparatı kullanabilir ve ardından arka uçta yörüngeleri parlatabilirler; bu giderek yaygınlaşan bir yaklaşımdır.

Uyarı: RTU'lar robot kalibrasyonunu zorlaştırır
Fiziksel kurulumdan sonra, RTU'lar ve robotların kalibrasyona ihtiyacı vardır. İşin püf noktası, RTU'larla eşleştirilen endüstriyel robotların genellikle tekrarlanabilir ancak hassas olmayan hareketler yapması ve bu nedenle simülasyon tahminlerinden farklı bir çıkış hareketi üretmesidir. Endüstriyel robotlar tek başlarına 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. Dişli kutusu gibi montajlar ve bileşenler (çoğunlukla mekanik uyumluluktan kaynaklanan) hareket kaybına neden olduğundan, çıkış hareketinin doğruluğunu daha da artırmak pahalıya mal olur. Bu nedenle, kontrolörler bazı durumlarda milimetre ölçeğinde konumsal hataları telafi etmek zorundadır.

Geleneksel robot kalibrasyonu, maliyetli lazer hizalama kullanır. Bu, bazen çıktı hatasını yirmi kat azaltabilir. Aksi takdirde, robot üreticileri fabrika kalibrasyonu sunar. Özel robot kalibrasyon şirketleri de, eklenen bir RTU'nun genel robot hassasiyeti çıktısı üzerindeki etkisini hesaba katabilen hizmetler sunar. Aksi takdirde, çift kameralı sensörler, optik ve özel aydınlatma aracılığıyla prob incelemesi ve dinamik ölçüm sağlar. Mekanik kalibrasyon modları da bir seçenektir, ancak uzun yollardaki robotlara uygulanması daha zordur.