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

Такі шарнірні роботи широко відомі завдяки рекламі автомобільних компаній та танцювальним сценам роботів. Роботи SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) також добре відомі завдяки їхньому впровадженню та поширенню на заводах з початку 1980-х років. Обидва ці роботи – шарнірні та SCARA – поєднують лінійний та обертальний рух, що забезпечує маневреність для складних завдань. Шарнірні роботи аналогічні людській руці, з шістьма осями руху – трьома поступальними (лінійними) та трьома обертальними (уявіть собі плече, лікоть та зап'ястя). Роботи SCARA мають чотири осі руху – X, Y, Z та тета (щось на кшталт вашої руки, якщо ваше плече знерухомлене).

Менш поширені в масовій культурі, але повсюдно поширені в промислових застосуваннях, починаючи від упаковки і закінчуючи виробництвом напівпровідників, є декартові роботи. Як випливає з їхньої назви, ці роботи працюють за трьома декартовими осями – X, Y та Z – хоча вони можуть включати тета-вісь для обробки інструментів на кінці маніпулятора. Хоча вони менш «привабливі», ніж шарнірні роботи та роботи SCARA, декартові роботи набагато універсальніші, мають вищу вантажопідйомність для свого розміру та в багатьох випадках кращу точність. Вони також дуже адаптивні, оскільки осі можна модернізувати або змінювати з відносно невеликою реконфігурацією, щоб відповідати вимогам до продукту або застосування, що постійно змінюються.

Однак, декартові роботи обмежені своєю консольною конструкцією, що обмежує їхню вантажопідйомність. Це особливо актуально, коли крайня вісь (Y або Z) має довгий хід, що створює велике моментне навантаження на опорні осі. У випадках, коли потрібні довгі ходу та високі навантаження, найкращим рішенням є портальний робот.

Від декартового до портального:

Портальний робот — це модифікований тип декартового робота, який використовує дві осі X (або базові) замість однієї базової осі, як у декартових роботах. Додаткова вісь X (а іноді й додаткові осі Y та Z) дозволяє роботу обробляти більші навантаження та сили, що робить його ідеальним для захоплення та розміщення важких корисних вантажів або завантаження та розвантаження деталей. Кожна вісь базується на лінійному приводі, незалежно від того, чи це «саморобний» привід, зібраний виробником оригінального обладнання або інтегратором, чи попередньо зібраний привід від компанії з лінійного руху. Це означає, що існує майже безмежна кількість варіантів, що дозволяють досягти будь-якої комбінації високих швидкостей, довгих ходів, важких корисних вантажів та високої точності позиціонування. Спеціальні вимоги до суворих умов експлуатації або низького рівня шуму легко враховуються, і якщо для застосування потрібні одночасні, але незалежні процеси, горизонтальні осі можна створити з лінійними двигунами, використовуючи кілька кареток.

Портальні роботи зазвичай встановлюються над робочою зоною (звідси й поширений термін «підвісний портал»), але якщо деталь не підходить для обробки зверху, як у випадку із сонячними елементами та модулями, портал можна налаштувати для роботи знизу деталі. І хоча портальні роботи зазвичай вважаються дуже великими системами, вони також підходять для менших, навіть настільних машин. Оскільки портальний робот має дві осі X, або базові, моментне навантаження, що створюється осями Y та Z, а також робоче корисне навантаження, розрізняються як сили на осях X. Це значно підвищує жорсткість системи та в більшості випадків дозволяє осям мати більші довжини ходу та вищі швидкості, ніж аналогічний декартовий робот.

Коли є дві паралельні осі, зазвичай лише одна з них приводиться в рух двигуном, щоб запобігти заклинюванню, яке може виникнути внаслідок незначної несинхронізованості руху між ними. Замість того, щоб приводити в рух обидві осі, для передачі потужності двигуна на другу вісь використовується з'єднувальний вал або торсійна трубка. А в деяких випадках друга вісь може бути «натяжним роликом» або штовхачем, що складається з лінійної напрямної для забезпечення підтримки навантаження, але не має приводного механізму. Рішення про те, чи приводити в рух другу вісь і як, залежить від відстані між двома осями, швидкості прискорення та жорсткості з'єднання між ними. Приведення в рух лише однієї з пари осей також знижує вартість і складність системи.

Визначення розмірів декартового або портального робота є складнішим, ніж визначення розмірів SCARA або шарнірного робота (які зазвичай задаються трьома параметрами: досяжність, швидкість і точність), але виробники спростили цей процес за останні кілька років, представивши попередньо налаштовані системи та онлайн-інструменти, такі як конфігуратор EasySelect від Rexroth або конструктор 3D-лінійних модулів Adept. Ці інструменти дозволяють користувачеві вказувати орієнтацію та розмір осей, а також основні параметри ходу, навантаження та швидкості. Файли CAD, які можна завантажити, також є стандартною пропозицією від виробників декартових та портальних роботів, що полегшує їх інтеграцію в проект або макет робочого процесу, подібно до SCARA та шарнірних роботів. Хоча шарнірні та SCARA роботи легко впізнаються, а декартові роботи широко використовуються, портальна конструкція долає їхні властиві обмеження щодо навантаження, швидкості, досяжності та повторюваності, забезпечуючи неперевершений рівень налаштування та гнучкості. Одним словом, портальні роботи пропонують найкраще поєднання корисного навантаження та ходу.