Waarom Cartesische (Portaal) Robots Articulerende Armen Overtreffen: 4 Sleutelvoordelen

Futura Automation, LLC (www.futura-automation.com) levert een reeks robotische, automatiserings- en bewegingsgecontroleerde oplossingen. Deze week's nieuwsbrief van Futura Automation legt de voordelen van Cartesische robots uit, met name die geleverd door Macron Dynamics, Inc., vergeleken met de andere belangrijke industriële robottopologieën: #Articulerend, Delta en SCARA. Dit artikel zal de vier primaire voordelen van Cartesische robots uitleggen:

• Flexibiliteit in Ontwerp
• Aanzienlijk Langere Bereik (Reis)
• Groter Draagvermogen
• Kostenbesparing

De meeste mensen kennen de zes-as (gearticuleerde) robotarm die vaak in media getoond wordt op automobiel lassenlijnen of voor kasten pakken en palletiseren. #Delta robots zijn populair voor hoog volume pick-and-place tussen twee transportbanden in voedselverpakking, voornamelijk. #SCARA of 4-as armen zijn een andere veelvoorkomende vormfactor voor industriële robots. SCARA is het beste in kleine onderdeel pikken en plaatsen in elektronica, medische verpakking en kleine consumentenproducten. Standaard robot topologieën zoals Articulerend en SCARA hebben goed gedefinieerde werkomhullingen gedicteerd door hun fabrikanten en de mechanica van de arm. Wat als een ongewone beweging vereist is of een die erg hoog of erg lang is? Daarvoor kunnen we Cartesische robots aanbieden. Cartesische robots, soms portaalrobots genoemd, zijn een heel veelvoorkomende en eenvoudige robotische topologie. Portalkranen, natuurlijk, dateren van eeuwen voor geautomatiseerde Cartesische robots. Maar de vormfactor is redelijk vergelijkbaar. Het verschil is de automatisering die door portaalrobots wordt gebruikt zodat bewegingen voorgeprogrammeerd kunnen worden en in sommige gevallen geassisteerd door machinevisie.

Wat Is een Cartesische Robot?

3D-printers gebruiken de Cartesische of lineaire robottopologie, of het nu een desktopmodel is of een model groot genoeg om een huis te printen met beton. Een ander veelvoorkomend voorbeeld is een pick-and-place machine gebruikt in elektronische printplaatproductie, vaak een "chip shooter" genoemd. Kleinere vormfactor Cartesische robots worden vaak over een tafel of transportsysteem gebouwd. Ze hebben typisch 3 assen van beweging. Ze kunnen omhoog/omlaag, vooruit/achteruit, en links/rechts bewegen. Cartesische robots, zoals alle robots, hebben een end-effector die de toegewezen taak uitvoert. Cartesische robots die de meest nauwkeurige taken uitvoeren, normaal in de halfgeleider- en optische industrieën, hebben herhaalbaarheid van minder dan één micron over een bereik of span van minder dan 30 centimeter.

End-effectoren voor Cartesische robots kunnen omvatten:

• Vacuüm Gripper
• Mechanische Gripper
• Printerkop
• Routerkop
• Waterjet
• Snijlaser
• Meng- of roerhulpmiddelen
• Machinevisie

Welke Industrieën Gebruiken Cartesische Robots?

Omdat ze een wijd scala aan toepassingen hebben, worden Cartesische robots in veel industrieën gevonden. Fabrikanten in de volgende industrieën profiteren veelal van deze technologie:

• Luchtvaart – Bewerking en Afwerking
• Landbouw – Verticale Landbouw
• Verpakking – Kisten Pakken & Palletiseren
• Machine Tending (CNC of Kunststoffen)
• Elektronica, Optica en Halfgeleiders
• Medische Apparaten Montage en Farmaceutische Dosering
• Multimedia, Podiumapparatuur en Reclame
• Voedsel en Drank Hantering

Dit zijn slechts een paar van de veel voorbeelden. Cartesische technologie bestaat al lang. Hierdoor zijn er veel bewezen toepassingen voor deze robots. Ze zijn ook eenvoudig te begrijpen en te herprogrammeren voor operators. Dit maakt ze gebruiksvriendelijk voor nieuwkomers in automatisering. Deze fabrikanten hebben vaak de typen toepassingen waarin Cartesische robots kunnen excelleren.

Typische Toepassingen van Cartesische Robots

Cartesische robots zijn de correcte oplossing in veel toepassingen en voor anderen zou een lineaire robot een slechte keuze zijn. De belangrijkste beperking voor een Cartesische robot is het beperkte bewegingsbereik, met name de taille-as of Joint 1 (J1) en de polsactie of J5 en de rotatie J6 op Articulerende robots. Zes-as robots kunnen buigen en draaien in alle soorten posities. Als materiaal moet worden gehanteerd of geroteerd onder een hoek, ofwel pikken of plaatsen, lassen, schilderen of doseren, dan maken articulerende armen meer zin. Cartesische robots zijn veel meer rigied in hun beweging zonder rotatiebeweging, behalve met een mogelijke rotatie-actuator op de end-effector. Dit kan als een beperking lijken, en dat kan het zijn. Maar het is ook een voordeel in toepassingen die in een planaire manier ontworpen zijn, zoals plaatsen, sorteren of stapelen van product op een platform of transporter. Deze planaire kwaliteit van lineaire robots draagt voordelen die hen toestaan beter te presteren dan andere robottypen voor bepaalde toepassingen. Hier zijn een paar voorbeelden:

• CNC machine tending
• 3D printen
• Metaal plasma/laser snijden
• Schroefdraaien
• Doseren
• Hout hanteren en frezen
• PCB montage en testen
• Pick-and-place of Sorteren
• Logistiek – AS/RS voor opslag
• Verticale landbouw
• Inspectie

Er zijn een paar redenen waarom cartesische robots in deze toepassingen kunnen excelleren. Ten eerste, deze toepassingen worden veelal in één vlak of dimensie uitgevoerd. Bijvoorbeeld, een laser Cartesische robot heeft de taak om een vorm uit een metaalblad te snijden. Het metaalblad ligt plat op het snijoppervlak. De robot voert zijn gevraagde bewegingen uit om de vorm uit het stuk te snijden. Deze beweging vereist niet dat de robot op speciale hoeken draait of naar de kant van het stuk roteert. Het is allemaal omhoog/omlaag, vooruit/achteruit, en links/rechts beweging. Sommige cartesische robots zullen een additionele rotatie-as op de end-effector hebben. Als significante flexibiliteit en bewegingsbereik vereist is, dan zou een ander robottype beter kunnen zijn.

Flexibiliteit in Ontwerp

Cartesische robots zijn het meest schaalbare robotplatform beschikbaar. Deze schaalbaarheid is in zowel hun potentiële fysieke grootte als uiteindelijke kracht. Cartesische robots kunnen zo klein zijn als de handpalm en zo groot als een magazijn. Zeer kleine Cartesische robots worden vaak "multi-as fasen" genoemd en worden gebruikt voor micron-nauwkeurigheid fotolithografie, doseren, plaatsing of laser snijden in elektronica. Er zijn ook grote Cartesische robots vandaag die 50 meter (164 voet) lang of meer zijn. Een veelvoorkomende "grote Cartesische" toepassing is Robot Transfer Units, of enkele "7de As" zoals ze gemeengoed genoemd worden. Articulerende robots kunnen ook op een XY of XZ Cartesische gemonteerd worden om grote gebieden te dekken, zoals gebruikt voor het afwerken van lassen of het afwerken van een schip. Metaalversterkte bandactuatoren staan Macron Dynamics toe om deze systemen ongelooflijk lang te maken en geschikt voor tot 2200 lbs (1000kg) lading. Deze mechanica in toevoeging aan grote vertragingsvertalingen en motoren die niet in een slank robot lichaam hoeven te passen, betekent dat cartesische robots de grootste en zwaarste taken gemakkelijk kunnen aan.

Schaalbaarheid in Bereik (Lengte)

Futura Automation's klanten plukken de vruchten van de flexibiliteit en schaalbaarheid van aangepaste Cartesische robots. Het is mogelijk om een Cartesische te bouwen die zo lang is als de structurele overspanning van een gebouw. Futura's partner, Macron Dynamics, zal fiberglas pultrusie balk versterking leveren voor de horizontale span. Het is ook mogelijk om de lineaire actuator te versterken met staal I-profielen voor langere spannen en zwaardere lading. Een 200 ft (60m) horizontale X of Y as is een mogelijkheid, evenals een 60 ft (20m) hoge Z as. Een Cartesische kan ook een theta-as aandrijving incorporeren voor rotatie aan het einde van de Z of verticale as of een polsactie bieden.

Wijd Bereik van Lading

Portalen die staalversterkte banden gebruiken en versterkt worden door fiberglas pultrusie balken of staal I-profielen, kunnen duizenden pond lading aan, rivaliserend met de sterkste (en zeer dure) articulerende robotarmen. Het is mogelijk om een geïntegreerde mechanische rem aan een servogearmotor toe te passen om een lading in een verticale as te houden, zelfs met vermogen verwijderd. Macron Dynamics biedt ook zijn CLAWS systeem als veiligheidsapparaat om te beschermen tegen onbeheerste verticale lading.

Kosten van een Cartesische Robot

We hebben geleerd dat Cartesische robots hoog schaalbaar zijn. Dit betekent dat hun kosten ook hoog schaalbaar zijn. In 2023 zal de kosten van een complete Cartesische robot systeem, inclusief servodrives en besturingen, variëren van $20.000 voor een klein systeem tot $200.000 of meer voor een erg groot systeem. Maar alle dingen gelijk, de bereik en de lading, het gebruik van een Cartesische robot voor een project, zal minder duur zijn dan het gebruik van een andere vergelijkbare industriële robotvormfactor, zoals zes-as voor hetzelfde project, voor dezelfde bereik en lading. De primaire reden hiervoor is het gebruik van gestandaardiseerde extrusies en off-the-shelf servos in plaats van gegoten mechanische armen met custom servos, cycloidale vertalingen en custom lagers zoals vereist voor articulerende armen. De primaire kostenvariabelen voor Cartesische robotprojecten zijn:

• Grootte en snelheid van het project (actuator lengtes en ladingcapaciteiten) en of enige versterkende superstructuur vereist is
• Complexiteit van de toepassing (wat voor typen gespecialiseerde grepers of additionele theta assen vereist zijn)
• Type besturing, communicatie en human-machine (HMI) vereist voor operatie
• Niveau van precisie vereist, wat zelfs een zero-backlash spindelaandrijving hybride in een of meer van de assen kan vereisen
• Of veiligheidsomheining of sensoren vereist zijn om bescherming te bieden

Samenvatting: Wanneer Winnen Cartesische Robots van Articulerende, Delta of SCARA Robots?

Nu weet u een beetje over Cartesische robots en hun toepassingen. Dus, wanneer zijn ze goed voor u en uw project? We kunnen u helpen deze vragen te beantwoorden. Maar in het kort, hier zijn de belangrijkste overwegingen:

• Zoekt u naar kostenreductie of doorvoertoename?
• Is de lading of bereik een grote uitdaging voor een articulerende of SCARA arm?
• Welke precisie / nauwkeurigheid is vereist voor de toepassing?
• Wat is het snelheidsprofiel versus de lading, d.w.z. wat zijn de inertie en aandrijfmoment vereisten?

Aangezien er een blanche lei is om een Cartesische robot te ontwerpen, is het belangrijk om de inertie correct te matchen bij het selecteren van de motor en vertaling. Futura Automation zal helpen met inertie matching wanneer we onze ontwerprichtlijnen leveren voor onze klantprojecten. Hier is een document van branchevereniging "A3" die de belangrijkheid van impedantie matching grondig beschrijft. Een videogids voor inertie matching is ook beschikbaar: https://www.automate.org/industry-insights/understanding-the-mysteries-of-inertia-mismatch

Hoe Futura Automation Uw Project Kan Ondersteunen

Neem contact met ons op via: sales@futura-automation.com