Kaip variklių konstrukcija įgalina įvairių tipų robotus

Pramoniniai šešių ašių robotai dažnai prie savo ašių integruoja berėmius variklius. Per pastarąjį dešimtmetį vyravo nuolatinio magneto bešepetėliai servovarikliai. Šešių ašių robotų rinkiniuose vis dažniau pasitaiko berėmių ir tiesioginės pavaros variantų.

Didelis variklio polių skaičius (su įtempimo bangos pavara) užtikrina didelį sukimo momentą ir mažą traukimą. Dažnai tokie agregatai komplektuojami su absoliučiu koduotuvu, skirtu uždarojo ciklo padėties valdymui, ir apsauginis (paprastai uždarytas) laikymo stabdys, skirtas saugiai išjungus apkrovą išlaikyti.

Kiti sukimo momento varikliai naudojami be jokios pavaros tiesioginės pavaros tikrinimo robotuose ir kai kuriose chirurginėse ar metrologinėse rankose, kurioms reikalingas tikras nulinis atstumas.

Naudojant „peties-alkūnės-riešo“ analogiją, nurodant laisvės laipsnius, į lauką orientuoto valdymo pritaikymas kartu su pritaikyta rotoriaus geometrija ir apvijomis gali pritaikyti roboto pečių ir alkūnės sąnarių elgseną pagal rankos ir naudingosios apkrovos masę. Apvijų srovė, veikianti didelį magnetinį oro tarpą, suteikia standumą ir sukimo momento tankį.

Priešingai, varikliai, skirti riedėjimo, žingsnio ir posūkio jungtims, turi būti lengvi ir maža inercija be vibracijos. Net ir čia vis dar dominuoja nuolatinio magneto (PM) kintamosios srovės servovarikliai – nors labiau tikėtina, kad jie bus berėmio arba net ašinio srauto ar blyno tipo konstrukcijos. Šių jungčių varikliai taip pat yra mažesni, nes bendra apkrova roboto gale yra akivaizdžiai mažesnė. Svarbus yra didelis PM variklių sukimo momento tankis.

Kaip ir šarnyrinės šešių ašių rankos, daugelis SCARA robotų, skirtų horizontaliam surinkimui ir paėmimo ir paėmimo užduotims, taip pat integruoja didelio sukimo momento kintamosios srovės servovariklius ant savo plokščių sukamųjų ašių, kad būtų galima greitai įsibėgėti ir greitai nusistovėti. Jų vertikalios Z ašys gali turėti servovarikliu varomas sraigtines pavaras arba net tiesinius variklius.

Berėmiai varikliai tampa įprasti, kai robotai susilieja

Pastarieji metai atnešė šarnyrinių pramoninių robotų ir bendradarbiaujančių robotų konvergenciją, nes berėmiai varikliai tapo dažnesni abiejų sąnariuose. Abu robotų tipai taip pat vis dažniau naudoja mašininį mokymąsi ir dirbtinį intelektą – ypač pramonei būdingą AI ir „fizinį AI“, sukurtą vienai funkcijai, pvz., suvirinimui, šlifavimui, tikrinimui ar surinkimui.

Dėl šarnyrinių pramoninių robotų ir kobotų konvergencijos naudingosios apkrovos įvertinimai taip pat labiau sutampa.

Naudingosios apkrovos masė ir momento inercija, žinoma, apima perkeltų robotų jungtis, galinio efektoriaus komponentus ir bet kokius faktinius apdorojamus ruošinius. Su kai kuriais robotais, jei yra priimtinas laikinas greičio, pagreičio ir tikslumo sumažinimas, kartais gali būti įmanoma viršyti vardinę naudingąją apkrovą, kol operacijos bus mažesnės už bet kurią didžiausią apibrėžtą naudingąją apkrovą.

Ne Dekarto robotai naudoja įvairias pavaras

Robotinės jungtys dažnai turi cikloidinę pavarą, taip pat pavarų rinkinius, pagrįstus bangas sukeliančiais subkomponentais, turinčiais elipsės arba Reuleaux (tariama „roo-low“) arba kitokią daugiakampę formą. Dominuoja planetinė ir deformacinės bangos pavara, nors patentuotos cikloidinės sistemos yra naudojamos specialioje robotikoje.

Pavyzdys: Naujosios FluxWorks magnetinės pavaros technologijos naudoja moduliuotus magnetinius laukus, kad jėgą veiktų be kontakto. Sekite naujienas ir sužinokite daugiau netrukus ši technologija – ypač susijusi su robotikos programomis.

Dar viena nusistovėjusi robotikos pavarų dėžės parinktis, kuri dabar vis dažniau naudojama, turi du pavadinimus:

• Cikloidinė pavara.
• Rotacinis vektorius arba RV pavara, kurią sukūrė vienas gamintojas.

Iš pirmo žvilgsnio cikloidinės pavaros primena trochoidinę pavarą, naudojamą tam tikruose siurbliuose… tačiau technologijos neturėtų būti painiojamos.

Greita geometrijos pamoka čia… trochoidinė ir cikloidinė pavara apima elementus, kurie sukasi ir brėžia kreives aplink kitą elementą. Cikloidai, atsekami tašku ant riedėjimo elemento perimetro, apima:

• Epicikloidai (kurių elementas rieda saulės pavaros ar kito etaloninio komponento išorėje).
• Hipocikloidai, kurių elementas sukasi žiede arba kitame etaloniniame komponente.

Priešingai, trochoidai atsekami ne tašku, esančiu riedėjimo elemento apskritime, o tam tikru tašku viduje arba už jo ribų.

Techniškai planetiniai rinkiniai yra tam tikra epiciklinė pavara.

Planetinės arba deformacinės bangos pavaros tipiniai santykiai yra nuo 50:1 iki 200:1, nors šešių ašių robotų riešų sąnariuose gali būti mažesni. Be kita ko, tokia pavara padidina pagreičio sukimo momentą ir galios tankį – tai yra šešių ašių robotikos ir SCARA sistemų, kurių agregatas iš esmės yra konsolinė masė, raktas.

Pakaba keičia septintosios ašies pavarų pasirinkimą

Žemiau pateikiame GAM Enterprises pavarų dėžės pavyzdžius ant kiekvienos ašies variklio dviejose roboto rankose. Skirtingų rankenų išdėstymo pavarų tipai skiriasi. Pavyzdžiui, tinkamiausia šarnyrinio roboto septintosios ašies sistemos krumpliaračio (ir vežimo) varančiojo krumpliaračio pavara iš dalies priklauso nuo roboto orientacijos erdvėje.

Septintoji ant grindų montuojamų sistemų ašis dažnai turi stačiakampę hipoidinę pavarų dėžę. Dažniausiai „portžas“ reiškia Dekarto išdėstymą… nors pakabinami šešių ašių robotai taip pat atitinka reikalavimus. Šie pakabinami portalai dažnai turi spiralinę linijinę pavarų dėžę. Kad būtų aišku, abu naudingi galios krumpliastiebo ir krumpliaračio rinkiniams, turintiems sraigtinę dantų geometriją.

Stačiakampė greičių dėžė, skirta ant grindų montuojamai vikšrai, atlieka keletą dalykų: išvengia roboto gaubto, ilgo važiavimo važiavimo kryptimi ir nepatogaus montavimo.

Vietoj to, stačiu kampu variklis išlaikomas žemai ir laikomas šalia vežimėlio, kad surinkimas būtų standus ir tvarkingas. Hipoidinė pavarų dėžė puikiai tinka krumpliaračio pavaroms dėl didelio sukimo momento ir atsparumo tokioms atbulinės eigos ašims, kurios yra veikiamos smūginės apkrovos dėl įprasto veikimo ir avarinio stabdymo.

Technologijos susijungia miniatiūrinėje robotikoje

Norėdami parodyti, kaip susijungia kiti komponentai, apsvarstykite Chieftek Precision (cpc) S0 miniatiūrines robotines rankas. Jie perkelia naudingus krovinius iki 0,5 kg su begaliniu manevringumu iš kelių jungčių.

DB0 versija (viršuje dešinėje) siūlo šiek tiek mažiau manevringumą, kad būtų didesnis standumas ir ±5,0 µm pakartojamumas. Abiejų robotų rankose integruota daugiau nei 200 atskirų dalių, daugiausia suprojektuotų ir pagamintų Chieftek:

• Individualūs didelės skylės berėmiai varikliai (priimami 48 V įvestis) suteikia judesį kiekvienoje jungtyje.
• Įtempimo bangos pavara su dideliais santykiais padidina sukimo momentą.
• Dvigubo grįžtamojo ryšio sistemos kiekvienoje ašyje su absoliučiu optiniu koduotuvu ir absoliučiu magnetiniu koduotuvu, sujungiančiu pavarą, kad būtų užtikrintas pakartojamumas.

Variklio pavaros su vėsiai veikiančia vairuotojo elektronika ir galios pakopomis užbaigia miniatiūrinius dizainus.

Dabar atkreipkime dėmesį į vieną robotų tipą, kurio dar nedetalizavome – XYZ Dekarto robotus. Nesunku įsivaizduoti Dekarto portalų stačiakampį pasiekiamumą arba bet kokį variantą. Šios sistemos yra tinkamiausios, kai galutinis efektorius gali atlikti savo užduotis tam tikra orientacija plokštumoje. Tiesą sakant, karteziečiai yra tinkamiausias sprendimas ypač didelėms darbo ląstelėms… ir tokiose situacijose jie dažnai yra ekonomiškesni už net labai kuklių SCARA robotų parką. Mažesniems darbo elementams Dekarto robotai gali pasirodyti brangesnis sprendimas.

Dekarto roboto ašys niekada nėra visiškai statmenos. Taigi, kiekvienos ašies galutinio efekto pakartojamumas priklauso nuo kiekvienos pavaros, taip pat nuo judesio sujungimo tarp ašių kiekio… o paklaida didėja kiekvienai ašiai tolstant nuo pradinės padėties.

Kitas svarstymas: Palyginti su šarnyriniais robotų tipais, taip pat labiau įtraukiamas galutinio vykdymo mechanizmo tiekimo linijų (kabelių, žarnų, laikiklių ir aptarnavimo kilpų) integravimas ir maršrutas.

Be to, Dekarto robotas, pritaikytas didelio masto gamybai, gali patenkinti tikslius reikalavimus, kaip jokia kita galimybė. Tokios situacijos pateisina palyginti dideles išankstines sąnaudas su ilgalaikiu efektyvumu, produkcijos apimtimis ir operacijų masteliu.

Žemiau matome du labai skirtingus Dekarto robotus. Tačiau abiem atvejais modulinė aparatinė įranga kartu su tam tikrais valdikliais ir ryšiais sumažina projektavimo sudėtingumą.

PBC linijiniai kreiptuvai ir diržu arba sraigtu varomos servo arba žingsninės motorizuotos ašys kartu sudaro pritaikytą robotiką, skirtą dalių tvarkymui, regėjimu pagrįstam išlygiavimui ir kitiems sinchroniniams pakavimo, surinkimo ir tikrinimo judesiams. Pavyzdys yra išdėstymas su žingsniniais varikliais ir varžtais, kad būtų galima automatizuoti plokštės surinkimą.

Taip pat Chieftek Precision linijiniai kreiptuvai ir linijiniai varikliai užbaigia regėjimo etapus, presavimo modulius ir laboratorines darbo ląsteles, kurioms reikia tikslios padėties arba dalių transportavimo, ypač tvirtai ir pakartojamai.

Redaktoriaus pastaba: Šis straipsnis yra sindikuotas iš Roboto ataskaita brolių ir seserų svetainė Dizaino pasaulis.