Co je karteziánský robot? 9 odpovědí, které byste měli vědět

Co je to kartézský robot? | Kartézský robotický systém

Definice kartézského robota

Kartézský robot nebo kartézský souřadnicový robot (také známý jako lineární robot) je průmyslový robot se třemi primárními řídicími osami, které jsou všechny lineární (což znamená, že se pohybují spíše po přímce, než aby se otáčely) a vzájemně na sebe kolmé. 3-posuvné klouby vám umožňují pohybovat zápěstím nahoru-dolů, dovnitř a ven a dozadu. Ve 3D prostoru je neuvěřitelně spolehlivý a přesný. Je také užitečné pro horizontální pohyb a hromadění zásobníků jako souřadnicový systém robota.

Kartézský robotický design | Kartézský souřadnicový robot

Konfigurace kartézských robotů

Abychom porozuměli konstrukčnímu mechanismu kartézského robota, jednou z prvních věcí, které je třeba porozumět, je koncept kloubové topologie. Pohyblivý cíl je vázán na základnu sériových manipulátorů nepřetržitým řetězcem článků a spojů. Pohyblivý cíl je spojen se spodní částí paralelních manipulátorů několika řetězy (končetinami). Většina kartézských souřadnic roboty používají kombinaci sériového a paralelního související vazby. Jakékoli roboty s kartézskými souřadnicemi jsou na druhé straně zcela paralelně propojeny.

Dále přichází na řadu míra svobody. Kartézské souřadnicové roboty běžně manipulují se strukturami pouze s lineárním posunem T stupňů volnosti, protože s nimi pracují lineární pracovní prizmatické P klouby. Na druhou stranu má málo kartézských souřadnicových robotů také rotační R stupně volnosti.

Uspořádání os je jednou z prvních věcí, které je třeba určit při konstrukci karteziánského robota, a to nejen k dosažení potřebných pohybů, ale také k zajištění dostatečné tuhosti zařízení, což může ovlivnit schopnost přenášet zátěž, přesnost jízdy a přesnost polohování .

Některým aplikacím, které vyžadují pohyb kartézských souřadnic, dobře pomáhá portálový robot než kartézská metoda, zejména pokud osa Y zahrnuje dlouhý tah nebo pokud kartézská procedura umístí podstatné momenty do os. Aby se v těchto situacích zabránilo zbytečnému vychýlení nebo vibracím, může být zapotřebí portálové zařízení s osami Dual-X nebo dual-Y.

Lineární úroveň, skládající se z lineárního aktuátoru geometricky rovnoběžného s lineárními ložisky, se obvykle používá pro každou osu kartézského souřadnicového robota a lineární aktuátor se obvykle montuje mezi 2 lineární ložiska, která jsou oddělena od zpětného momentového zatížení. Tabulka XY se skládá ze dvou kolmých lineárních stupňů naskládaných na sebe.

Kartézské průmyslové roboty | Vyberte a umístěte kartézský robot | Portálový kartézský robot

Vybrat a umístit aplikace, jako je laboratorní použití, těží z konzolové konstrukce, protože komponenty jsou snadno přístupné. Portálové roboty jsou kartézské souřadnicové roboty s vodorovnými členy podporovanými na obou koncích; Fyzicky jsou podobné portálovým jeřábům, které nemusí být nutně roboty. Portálové roboty jsou často gigantické a schopné nést těžká břemena.

Rozdíl mezi portálovými a kartézskými roboty

Kartézský robot má na každé ose jeden lineární pohon, zatímco portálový robot má dvě základní osy (X) a druhou (Y) osu, která je překlenuje. Tento design zastaví 2nd osa z konzoly (více o tom později) a umožňuje ještě delší délky zdvihu v portálech a větší užitečné zatížení ve srovnání s kartézským robotem.

portálové
Portálový kartézský robot tecno-840, zdroj obrázku: www.tecnowey.com, Robot Portico tecno-840CC BY 3.0

Nejběžnější roboty kartézských robotů používají design s dvojím vedením, protože poskytují vynikající ochranu pro příčná (momentová) zatížení; osy s duálním lineárním vedením však mají větší stopu než osy s jedním, ve srovnání se systémy s dvojím vedením obecně krátké (ve svislém směru) a mohou eliminovat interakci s jinými oblastmi stroje. Argumentem je, že druh os, které jste si vybrali, má dopad nejen na účinnost karteziánského systému, ale také na celkovou stopu.

Kartézské akční členy robotů

Pokud je nejlepší volbou kartézský mechanismus, obvykle je následující konstrukční faktor ovládací jednotka pohonu, kterou může být šroub, šroub nebo pneumaticky poháněný systém. Lineární pohony jsou obecně k dispozici s jednoduchým nebo dvojitým lineárním vedením v závislosti na systému pohonu.

Ovládání a správa kabelů

Kabelové ovládání je další podstatnou vlastností této konstrukce robota, která je v raných fázích často ignorována (nebo pouze odložena na pozdější fáze plánu). Pro řízení, vzduch (pro pneumatické osy), vstup kódovacího zařízení (pro servomotorický kartézský), snímač a další elektrická zařízení, každá osa zahrnuje několik kabelů.

Když jsou systémy a komponenty připojeny prostřednictvím průmyslového internetu věcí (IIoT), metody a nástroje používané k jejich propojení se stávají mnohem kritičtějšími a obě tyto trubky, vodiče a konektory musí být řádně směrovány a udržovány, aby nedocházelo k předčasné únavě z přílišného ohýbání nebo narušení interferencí s jinými součástmi zařízení.

Typ a množství požadovaných kabelů, stejně jako propracovanost správy kabelů, jsou určeny druhem řízení a síťovým protokolem. Uvědomte si, že nosič kabelů, zásobníky nebo kryty systému pro správu kabelů ovlivní měření celého systému, proto se ujistěte, že nedochází ke konfliktu s kabelovým systémem a ostatními robotickými součástmi.

Kartézské ovládací prvky robota

Kartézské roboty jsou preferovanou metodou pro provádění pohybů z bodu do bodu, ale mohou také provádět složité interpolované a konturované pohyby. Typ potřebného pohybu určí nejlepší řídicí zařízení, síťový protokol, HMI a další komponenty pohybu pro systém.

I když jsou tyto komponenty umístěny nezávisle na osách robota, budou mít z větší části dopad na motory, dráty a další potřebné elektrické součásti na ose. Tyto prvky na ose by ovlivnily první dvě konstrukční hlediska, umístění a kabelové ovládání.

Výsledkem je, že proces návrhu spadá do plného kruhu, což zdůrazňuje důležitost konstrukce karteziánského robota jako vzájemně propojeného elektromechanického zařízení spíše než sady mechanických částí připojených k elektrickému hardwaru a softwaru.

Obálka karteziánského robota

Různé konfigurace robotů vytvářejí odlišné tvary pracovních obálek. Tato pracovní obálka je zásadní při výběru robota pro konkrétní aplikaci, protože určuje pracovní oblast manipulátoru a koncového efektoru. Při studiu pracovní obálky robota je třeba věnovat pozornost mnoha účelům:

  1. Pracovní obálka je množství práce, které lze dosáhnout bodem na konci robotického ramene, což je obvykle uprostřed montážních uspořádání koncových efektorů. Nemá žádné nástroje ani obrobky vlastněné koncovým efektorem.
  2. Někdy se uvnitř provozní obálky nacházejí místa, do kterých robotické rameno nemůže vstoupit. Mrtvé zóny jsou názvy dané konkrétním regionům.
  3. Uvedená maximální užitečná hmotnost je dosažitelná pouze při takových délkách paží, které mohou nebo nemusí dosáhnout maximálního dosahu.

Provozní obálka karteziánské konfigurace je obdélníkový hranol. Uvnitř pracovní obálky nejsou žádné mrtvé zóny a robot může manipulovat s plným užitečným zatížením v celém pracovním objemu.

Příklady kartézských robotů

Kalkulačka Plotter

příklad
Plotter kalkulačky HP 9862A, zdroj obrázku: Florian SchäfferHP 9862aCC BY-SA 4.0

3osý kartézský robot pro výdej ovocných mušek

Kinematika kartézských robotů

Kartézský robot je v podstatě tří prizmatický kloub nebo PPP robot. Řídí se obecným pravidlem určování dopředné a inverzní kinematiky manipulátoru robota sériového spojení, které lze nalézt zde.

Na co se používá kartézský robot? | Aplikace kartézských robotů

Počítačové numerické řídicí stroje (CNC stroje) a 3D tisk jsou dvě typické aplikace pro kartézské souřadnicové roboty. Frézky a plotry používají nejpřímější aplikaci, ve které se nástroj, jako je router nebo pero, pohybuje kolem roviny XY a je zvednut a spuštěn na povrch, aby vytvořil konkrétní vzor.

Kartézská souřadnicová robotika může být také použita ve strojích typu pick-and-place. Nadzemní portálové kartézské roboty se například používají k nakládání a vykládání komponentů používaných na CNC soustruhech, které pracují ve třech osách (X, Y, Z) a provádějí vysokorychlostní a vysokou přesnost při manipulaci s těžkými břemeny.

Výhody kartézského robota

  1. Díky své kompaktní konstrukci a přímému cestování mohou přepravovat velká užitečná zatížení.
  2. Jeden řadič může ovládat mnoho robotů, což eliminuje potřebu řešení PLC nebo IO mezi několika řadiči.
  3. Mohou nést těžká břemena na dlouhé vzdálenosti, protože mají dlouhé zdvihy kolem 2 metrů.
  4. Jejich činy a role jsou přesné a opakovatelné.
  5. Doby cyklu se zkracují kvůli jejich rychlé rychlosti pohybu a zrychlení.
  6. Možnost nastavit 2 jednotky na osu Z a minimalizovat montážní prostor.
  7. Lze jej postavit s prakticky jakýmkoli lineárním pohonem a několika pohonnými mechanismy (společně s řemenem, olověným šroubem, pohonem nebo lineárním motorem).
  8. Tato mechanická struktura mimo jiné zjednodušila řešení ovládacího ramene robota a pokud pracuje v 3D prostoru, je vysoce spolehlivá a přesná.

Nevýhody kartézského robota

  1. Na druhou stranu mají kartézské roboty nevýhody, jako je to, že vyžadují obrovské množství prostoru pro provoz a neschopnost pracovat pod vodou.
  2. Při provozu v nebezpečném prostředí potřebují tito roboti také speciální ochranu. Další nevýhodou tohoto typu robota je, že je obvykle pomalejší než ostatní.
  3. Když je vzduch znečištěný, je často obtížné zabránit nečistotám v posuvných součástech.
  4. Použití mostového jeřábu nebo jiného zařízení pro manipulaci s materiálem pro přístup k pracovnímu prostoru může být zakázáno a oprava může být komplikovaná.

Rozdíly mezi kartézskými, šestiosými a SCARA roboty

Zatížení kartézského robota

Únosnost robota (podle specifikace výrobce) musí být větší než celková hmotnost užitečného zatížení na konci robotického ramene s nástrojovými částmi. SCARA a šestiosé roboty jsou omezené, protože přenášejí zátěž na rozšířené komponenty.

Například obráběcí centrum, které vyrábí ložiskové sestavy o hmotnosti 100 kg nebo více. S výjimkou největších robotů SCARA nebo šestiosých robotů překračuje užitečné zatížení jejich schopnosti. Na druhou stranu tradiční kartézský robot může tato zatížení snadno vybrat a umístit, protože jeho nosný rám a ložiska podporují celý rozsah pohybu.

Orientace kartézského robota

Směr robota je určen tím, jak je umístěn a jak umisťuje tlačené kusy nebo předměty. Pokud podstavec nebo řádek umístěný na podstavci SCARA nebo šestiosého robota způsobí překážku, nemusí být tito roboti tou správnou volbou. Malé kartézské roboty s malým rámem mohou být umístěny nad hlavou a z cesty, pokud aplikace zahrnuje pouze rotaci v několika osách.

Pro složitou manipulaci se součástmi nebo funkce zahrnující čtyři nebo více os pohybu však může být konstrukce kartézského robota příliš obstrukční a kompaktní robot SCARA, který může být tak malý jako 200 mm2 a čtyři šrouby na podstavci, může být vhodnější .

Rychlost kartézského robota

Katalogy výrobců robotů mají kromě hodnocení zatížení také hodnocení rychlosti. Při vybírání robotů pro aplikace typu pick-and-place je důležité pamatovat na časy zrychlení na dlouhé vzdálenosti. Kartézští roboti mohou dosáhnout rychlosti XNUMX m / s nebo vyšší, konkurovat SCARA a šestiosým robotům.

Pracovní cyklus kartézského robota

To je čas potřebný k dokončení jedné provozní smyčky. Roboti, kteří neustále běží 24 hodin denně, sedm dní v týdnu (jako ve vysokovýkonném skenování a farmaceutické výrobě), dosáhli konce své životnosti rychleji než ti, kteří běží osm hodin pět dní v týdnu. Chcete-li zastavit potenciální zhoršení, vyřešte tyto problémy předem a kupte si roboty s dlouhou dobou mazání a nízkými nároky na údržbu.

Také čtení: