Τι είναι ένα καρτεσιανό ρομπότ; | 5 Σημαντικές εφαρμογές | Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Καρτεσιανό ρομπότ

Image Credit: Σχεδιασμός μηχανών

Το θέμα της συζήτησης: Γεγονότα και χαρακτηριστικά καρτεσιανού ρομπότ

Τι είναι ένα καρτεσιανό ρομπότ; | Καρτεσιανό σύστημα ρομπότ

Ορισμός καρτεσιανού ρομπότ

Ένα καρτεσιανό ρομπότ ή ένα καρτεσιανό ρομπότ συντεταγμένων (επίσης γνωστό ως γραμμικό ρομπότ) είναι ένα βιομηχανικό ρομπότ με τρεις πρωτεύοντες άξονες ελέγχου που είναι όλοι γραμμικοί (που σημαίνει ότι ταξιδεύουν κατά μήκος μιας ευθείας γραμμής αντί να περιστρέφονται) και αμοιβαία κάθετα μεταξύ τους. Οι 3 συρόμενες αρθρώσεις σας επιτρέπουν να μετακινήσετε τον καρπό σας προς τα πάνω, μέσα και έξω και πίσω. Στο 3D-space, είναι απίστευτα αξιόπιστο και ακριβές. Είναι επίσης χρήσιμο για οριζόντια κίνηση και συσσώρευση κάδων ως σύστημα συντεταγμένων ρομπότ.

Καρτεσιανό σχέδιο ρομπότ | Καρτεσιανό ρομπότ συντεταγμένων

Διαμορφώσεις καρτεσιανού ρομπότ

Για να κατανοήσουμε τον μηχανισμό σχεδιασμού ενός καρτεσιανού ρομπότ, ένα από τα πρώτα πράγματα που πρέπει να κατανοηθούν είναι η έννοια της κοινής τοπολογίας. Ένας κινούμενος στόχος συνδέεται με μια βάση σειριακών χειριστών από μια συνεχή αλυσίδα συνδέσμων και αρθρώσεων. Ο κινούμενος στόχος συνδέεται στο κάτω μέρος των παράλληλων χειριστών με διάφορες αλυσίδες (άκρα). Η πλειονότητα των καρτεσιανών ρομπότ συντεταγμένων χρησιμοποιεί ένα συνδυασμό σειριακών και παράλληλων σχετικών συνδέσμων. Οποιαδήποτε καρτεσιανά ρομπότ συντεταγμένων, από την άλλη πλευρά, είναι εντελώς παράλληλα συνδεδεμένα.

Στη συνέχεια έρχεται στην εικόνα είναι ο βαθμός ελευθερίας. Τα καρτεσιανά ρομπότ συντεταγμένων χειρίζονται συνήθως δομές με μόνο γραμμική μετάφραση Τ βαθμούς ελευθερίας, καθώς οι γραμμικές πρισματικές αρθρώσεις Ρ τις λειτουργούν. Από την άλλη πλευρά, λίγα καρτεσιανά ρομπότ συντεταγμένων έχουν επίσης περιστροφικούς βαθμούς ελευθερίας R.

Η διάταξη των αξόνων είναι ένα από τα πρώτα πράγματα που πρέπει να καθοριστούν κατά την κατασκευή ενός καρτεσιανού ρομπότ, όχι μόνο για την επίτευξη των απαραίτητων κινήσεων αλλά και για να διασφαλιστεί ότι η συσκευή έχει επαρκή ακαμψία, η οποία μπορεί να επηρεάσει την ικανότητα μεταφοράς φορτίου, την ακρίβεια ταξιδιού και την ακρίβεια τοποθέτησης .

Ορισμένες εφαρμογές που χρειάζονται καρτεσιανή κίνηση συντεταγμένων υποβοηθούνται καλά από ένα ρομπότ ατσάλου παρά από μια καρτεσιανή μέθοδο, κυρίως εάν ο άξονας Υ περιλαμβάνει παρατεταμένη διαδρομή ή εάν η καρτεσιανή διαδικασία θα τοποθετήσει σημαντικές στιγμές στους άξονες. Μια συσκευή ατσάλινων σκελετών με άξονες Dual-X ή dual-Y μπορεί να χρειαστεί για την αποφυγή περιττής εκτροπής ή δόνησης σε αυτές τις περιπτώσεις.

Ένα γραμμικό επίπεδο, που αποτελείται από έναν γραμμικό ενεργοποιητή γεωμετρικά παράλληλο με γραμμικά ρουλεμάν, χρησιμοποιείται συνήθως για κάθε άξονα ενός καρτεσιανού ρομπότ συντεταγμένων και ο γραμμικός ενεργοποιητής συνήθως τοποθετείται μεταξύ 2 γραμμικών εδράνων που διαχωρίζονται στο φορτίο της οπίσθιας ροπής. Ένας πίνακας XY αποτελείται από δύο κάθετα γραμμικά στάδια που στοιβάζονται το ένα πάνω στο άλλο.

Καρτεσιανά βιομηχανικά ρομπότ | Διαλέξτε και τοποθετήστε καρτεσιανό ρομπότ | Ρομπότ Gantry Cartesian

Διαλέξτε και τοποθετήστε Η εφαρμογή, όπως η εργαστηριακή χρήση, επωφελείται από την κατασκευή προβολέων επειδή τα εξαρτήματα είναι εύκολα προσβάσιμα. Τα ρομπότ Gantry είναι καρτεσιανά ρομπότ συντεταγμένων με οριζόντια μέλη που υποστηρίζονται και στα δύο άκρα. φυσικά, είναι παρόμοια με γερανούς ατσάλινων σκελετών, οι οποίοι δεν είναι απαραίτητα ρομπότ. Τα ρομπότ Gantry είναι συχνά γιγαντιαία και ικανά να μεταφέρουν βαριά φορτία.

Διαφορά μεταξύ ρομπότ Gantry και Καρτεσιανού

Ένα καρτεσιανό ρομπότ έχει έναν γραμμικό ενεργοποιητή σε κάθε άξονα, ενώ, ένα ρομπότ ατσάλινων σκελετών έχει δύο άξονες βάσεων (X) και έναν δεύτερο άξονα (Y) που τους εκτείνεται. Αυτός ο σχεδιασμός σταματά το 2nd άξονας από την πρόβλεψη (περισσότερα σε αυτό αργότερα) και κάνει ακόμη μεγαλύτερα μήκη διαδρομής σε σκελετούς και μεγαλύτερο ωφέλιμο φορτίο σε σύγκριση με το καρτεσιανό ρομπότ.

Gantry καρτεσιανό ρομπότ tecno-840, Πηγή εικόνας: www.tecnowey.com, Ρομπότ Portico tecno-840CC-BY 3.0

Τα πιο συνηθισμένα καρτεσιανά ρομπότ χρησιμοποιούν τη διπλή καθοδηγούμενη σχεδίαση επειδή παρέχει εξαιρετική προστασία για υπερφόρτωση (στιγμιαία) φορτία. Ωστόσο, οι άξονες με διπλούς γραμμικούς οδηγούς έχουν περισσότερο πόδι από τους άξονες με έναν μόνο, σε σύγκριση τα συστήματα διπλού οδηγού είναι γενικά κοντά (στην κατακόρυφη κατεύθυνση) και μπορεί να εξαλείψουν την αλληλεπίδραση με άλλες περιοχές του μηχανήματος. Το επιχείρημα είναι ότι το είδος των αξόνων που επιλέξατε έχει αντίκτυπο όχι μόνο στην αποτελεσματικότητα του καρτεσιανού συστήματος αλλά και στο συνολικό αποτύπωμα.

Ενεργοποιητές καρτεσιανού ρομπότ

Εάν ένας καρτεσιανός μηχανισμός είναι η καλύτερη επιλογή, ο ακόλουθος παράγοντας σχεδίασης είναι συνήθως η μονάδα ελέγχου ενεργοποιητή, η οποία μπορεί να είναι ένα σύστημα με βίδες, βίδες ή πνευματικά. Οι γραμμικοί ενεργοποιητές διατίθενται γενικά με έναν μονό ή διπλό γραμμικό οδηγό ανάλογα με το σύστημα κίνησης.

Έλεγχος και διαχείριση καλωδίων

Ο έλεγχος καλωδίων είναι ένα άλλο βασικό χαρακτηριστικό αυτού του σχεδιασμού ρομπότ που συχνά αγνοείται στα αρχικά στάδια (ή απλώς αναβάλλεται σε μεταγενέστερα στάδια του σχεδίου). Για τον έλεγχο, τον αέρα (για πνευματικούς άξονες), την είσοδο κωδικοποιητή (για σερβοκίνητο καρτεσιανό), τον αισθητήρα και άλλες ηλεκτρικές συσκευές, κάθε άξονας περιλαμβάνει πολλά καλώδια.

Πηγή εικόνας: Όργανα του Τέξας

Όταν τα συστήματα και τα εξαρτήματα συνδέονται μέσω του Βιομηχανικού Διαδικτύου των πραγμάτων (IIoT), οι μέθοδοι και τα εργαλεία που χρησιμοποιούνται για τη σύνδεσή τους γίνονται πολύ πιο κρίσιμες και και οι δύο σωλήνες, καλώδια και σύνδεσμοι πρέπει να δρομολογούνται κατάλληλα και να συντηρούνται για να αποφευχθεί η πρόωρη κόπωση από υπερβολικά κάμψη ή διακοπή από παρεμβολές με άλλα στοιχεία της συσκευής.

Ο τύπος και η ποσότητα των απαιτούμενων καλωδίων, καθώς και η πολυπλοκότητα της διαχείρισης καλωδίων, καθορίζονται από το είδος του πρωτοκόλλου ελέγχου και δικτύου. Σημειώστε ότι ο φορέας, οι δίσκοι ή τα περιβλήματα του συστήματος διαχείρισης καλωδίων θα επηρεάσουν τις συνολικές μετρήσεις του συστήματος, οπότε βεβαιωθείτε ότι δεν υπάρχει σύγκρουση με το σύστημα καλωδίωσης και τα υπόλοιπα ρομποτικά εξαρτήματα.

Στοιχεία ελέγχου καρτεσιανού ρομπότ

Τα καρτεσιανά ρομπότ είναι η προτιμώμενη μέθοδος για κινήσεις από σημείο σε σημείο, αλλά μπορούν επίσης να κάνουν πολύπλοκες παρεμβολές και περίγραμμα κίνησης. Ο τύπος κίνησης που απαιτείται θα καθορίσει την καλύτερη συσκευή ελέγχου, το πρωτόκολλο δικτύωσης, το HMI και άλλα στοιχεία κίνησης για το σύστημα.

Ενώ αυτά τα εξαρτήματα βρίσκονται ανεξάρτητα από τους άξονες του ρομπότ, ως επί το πλείστον, θα έχουν αντίκτυπο στους κινητήρες, τα καλώδια και άλλα απαραίτητα ηλεκτρικά εξαρτήματα στον άξονα. Αυτά τα στοιχεία στον άξονα θα επηρεάσουν τα δύο πρώτα στοιχεία σχεδιασμού, τη θέση και τον έλεγχο καλωδίων.

Ως αποτέλεσμα, η διαδικασία σχεδιασμού πέφτει σε πλήρη κύκλο, τονίζοντας τη σημασία της κατασκευής ενός καρτεσιανού ρομπότ ως διασυνδεδεμένης ηλεκτρομηχανικής συσκευής και όχι ενός συνόλου μηχανικών εξαρτημάτων που συνδέονται με ηλεκτρικό υλικό και λογισμικό.

Φάκελος εργασίας καρτεσιανού ρομπότ

Διάφορες διαμορφώσεις ρομπότ παράγουν ξεχωριστά σχήματα φακέλου εργασίας. Αυτός ο φάκελος εργασίας είναι ζωτικής σημασίας κατά την επιλογή ενός ρομπότ για μια συγκεκριμένη εφαρμογή, επειδή καθορίζει την περιοχή εργασίας του χειριστή και του τελικού εφέ. Για πολλούς σκοπούς, πρέπει να προσέχετε όταν μελετάτε ένα φάκελο εργασίας ενός ρομπότ:

  1. Ο φάκελος εργασίας είναι η ποσότητα εργασίας που μπορεί να προσεγγιστεί από ένα σημείο στο τέλος του ρομποτικού βραχίονα, το οποίο είναι συνήθως το μέσο των διατάξεων στερέωσης των τελικών τελεστών. Δεν διαθέτει εργαλεία ή αντικείμενα που ανήκουν στο τελικό αποτέλεσμα.
  2. Υπάρχουν μερικές φορές τοποθεσίες μέσα στο φάκελο λειτουργίας στις οποίες δεν μπορεί να εισέλθει ο βραχίονας ρομπότ. Οι νεκρές ζώνες είναι το όνομα που δίνεται σε συγκεκριμένες περιοχές.
  3. Η μέγιστη ικανότητα ωφέλιμου φορτίου που αναφέρθηκε είναι εφικτή μόνο σε τέτοια μήκη βραχίονα, τα οποία μπορεί ή δεν μπορούν να φτάσουν τη μέγιστη εμβέλεια.

Ο φάκελος λειτουργίας της Καρτεσιανής διαμόρφωσης είναι ένα ορθογώνιο πρίσμα. Μέσα στο φάκελο εργασίας, δεν υπάρχουν νεκρές ζώνες και το ρομπότ μπορεί να χειριστεί το πλήρες ωφέλιμο φορτίο σε ολόκληρο τον όγκο εργασίας.

Παραδείγματα καρτεσιανών ρομπότ

Ένας σχεδιαστής αριθμομηχανών

Υπολογιστής HP 9862A, Πηγή εικόνας: Φλοριάν ΣόφερHp 9862αCC BY-SA 4.0

Καρτεσιανό ρομπότ 3 αξόνων για διανομή φρούτων Fly Fly

Καρτεσιανή ρομποτική κινηματική

Το Καρτεσιανό Ρομπότ είναι ουσιαστικά μια τρισδιάστατη άρθρωση ή ένα Ρομπότ PPP. Ακολουθεί τον γενικό κανόνα του καθορισμού της μπροστινής και αντίστροφης κινηματικής ενός χειριστή ρομπότ σειριακής σύνδεσης, που μπορεί να βρεθεί εδώ.

Σε τι χρησιμοποιείται ένα καρτεσιανό ρομπότ; | Εφαρμογές καρτεσιανού ρομπότ

Μηχανές αριθμητικού ελέγχου υπολογιστή (μηχανές CNC) και εκτύπωση 3D είναι δύο τυπικές εφαρμογές για καρτεσιανά ρομπότ συντεταγμένων. Οι μηχανές άλεσης και οι σχεδιαστή χρησιμοποιούν την πιο απλή εφαρμογή, στην οποία ένα εργαλείο, όπως ένας δρομολογητής ή ένα στυλό κινείται γύρω από ένα επίπεδο XY και ανυψώνεται και κατεβάζεται σε μια επιφάνεια για να παράγει ένα συγκεκριμένο σχέδιο.

Η καρτεσιανή ρομποτική συντεταγμένων μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε μηχανήματα pick-and-place. Για παράδειγμα, τα ρομποτικά ρομπότ γενικά χρησιμοποιούνται για τη φόρτωση και την εκφόρτωση εξαρτημάτων που χρησιμοποιούνται στη γραμμή τόρνου CNC, που λειτουργούν σε τρεις άξονες (X, Y, Z) συλλογής και τοποθέτησης της λειτουργίας βαρέων φορτίων σε υψηλή ταχύτητα και με υψηλή ακρίβεια.

Πλεονεκτήματα καρτεσιανού ρομπότ

  1. Μπορούν να μετακινήσουν μεγάλα ωφέλιμα φορτία λόγω της συμπαγούς κατασκευής τους και της ευθείας γραμμής.
  2. Ένας μόνο ελεγκτής μπορεί να ελέγξει πολλά ρομπότ, αποφεύγοντας την ανάγκη για λύσεις PLC ή IO μεταξύ πολλών ελεγκτών.
  3. Μπορούν να μεταφέρουν βαριά φορτία σε μεγάλες αποστάσεις επειδή έχουν μεγάλες διαδρομές περίπου 2 μέτρων.
  4. Οι ενέργειες και οι ρόλοι τους είναι ακριβείς και επαναλαμβανόμενοι.
  5. Οι χρόνοι κύκλου συντομεύονται λόγω της ταχείας κίνησης και της επιτάχυνσης.
  6. Η επιλογή ρύθμισης 2 μονάδων στον άξονα Ζ και ελαχιστοποιεί τον χώρο στήριξης.
  7. Μπορεί να κατασκευαστεί με σχεδόν οποιονδήποτε γραμμικό ενεργοποιητή και αρκετούς μηχανισμούς κίνησης (μαζί με ζώνη, βίδα μολύβδου, ενεργοποιητή ή γραμμικό μοτέρ).
  8. Αυτή η μηχανική δομή απλοποίησε τη λύση βραχίονα ελέγχου ρομπότ, μεταξύ άλλων και αν εργάζεται σε τρισδιάστατο χώρο, είναι εξαιρετικά αξιόπιστη και ακριβής.

Μειονεκτήματα καρτεσιανού ρομπότ

  1. Από την άλλη πλευρά, τα καρτεσιανά ρομπότ έχουν μειονεκτήματα όπως το να απαιτούν τεράστιο χώρο για να τρέχουν και να μην μπορούν να εργαστούν υποβρύχια.
  2. Όταν λειτουργούν σε επικίνδυνο περιβάλλον, αυτά τα ρομπότ χρειάζονται επίσης ειδική προστασία. Ένα άλλο μειονέκτημα αυτού του τύπου ρομπότ είναι ότι είναι συνήθως πιο αργό από τους άλλους.
  3. Όταν ο αέρας είναι βρώμικος, είναι συχνά δύσκολο να διατηρηθεί η βρωμιά από τα συρόμενα εξαρτήματα.
  4. Μπορεί να απαγορεύεται η χρήση εναέριου γερανού ή άλλου εξοπλισμού χειρισμού υλικών για πρόσβαση στο φάκελο εργασίας και η επισκευή μπορεί να είναι περίπλοκη.

Διαφορές μεταξύ Καρτεσιανών, Six-Axis και SCARA Robots

Το φορτίο του καρτεσιανού ρομπότ

Η ικανότητα φόρτωσης ενός ρομπότ (όπως καθορίζεται από τον κατασκευαστή) πρέπει να είναι μεγαλύτερη από το συνολικό βάρος ωφέλιμου φορτίου στο τέλος του ρομποτικού βραχίονα με εξαρτήματα εργαλείων. Τα ρομπότ SCARA και έξι αξόνων περιορίζονται επειδή μεταφέρουν φορτία σε εκτεταμένα εξαρτήματα.

Για παράδειγμα, ένα κέντρο κατεργασίας που κατασκευάζει συγκροτήματα ρουλεμάν βάρους 100 kg ή περισσότερο. Εκτός από τα μεγαλύτερα ρομπότ SCARA ή έξι αξόνων, το ωφέλιμο φορτίο υπερβαίνει τις δυνατότητές τους. Ένα παραδοσιακό καρτεσιανό ρομπότ, από την άλλη πλευρά, μπορεί εύκολα να πάρει και να τοποθετήσει αυτά τα φορτία, επειδή το πλαίσιο στήριξης και τα ρουλεμάν του υποστηρίζουν όλο το εύρος κίνησης.

Προσανατολισμός του Καρτεσιανού Ρομπότ

Η κατεύθυνση του ρομπότ καθορίζεται από τον τρόπο τοποθέτησής του και πώς τοποθετεί τα κομμάτια ή τα αντικείμενα που ωθούνται. Εάν το βάθρο ή η βάση βάσης ενός ρομπότ SCARA ή έξι αξόνων προκαλεί εμπόδιο, αυτά τα ρομπότ μπορεί να μην είναι η σωστή επιλογή. Τα καρτεσιανά ρομπότ μικρού πλαισίου μπορούν να τοποθετηθούν εναέρια και εκτός δρόμου εάν η εφαρμογή περιλαμβάνει περιστροφή μόνο σε μερικούς άξονες.

Ωστόσο, για σύνθετο χειρισμό εξαρτημάτων ή λειτουργία που περιλαμβάνει τέσσερις ή περισσότερους άξονες κίνησης, η δομή ενός καρτεσιανού ρομπότ μπορεί να είναι πολύ αποφρακτική και ένα συμπαγές ρομπότ SCARA, το οποίο μπορεί να είναι τόσο μικρό όσο 200 mm2 και τέσσερα μπουλόνια σε ένα βάθρο, ίσως μια καλύτερη εφαρμογή .

Ταχύτητα του Καρτεσιανού Ρομπότ

Οι κατάλογοι κατασκευαστών ρομπότ έχουν επίσης βαθμολογίες ταχύτητας εκτός από βαθμολογίες φόρτωσης. Οι χρόνοι επιτάχυνσης σε μεγάλες αποστάσεις είναι ζωτικής σημασίας να θυμάστε όταν επιλέγετε ρομπότ για εφαρμογές pick-and-place. Τα καρτεσιανά ρομπότ μπορούν να φτάσουν τις ταχύτητες των XNUMX m / sec ή υψηλότερες, ανταγωνίζοντας τα ρομπότ SCARA και έξι αξόνων.

Κύκλος Duty Cartesian Robot

Αυτή είναι η ώρα που απαιτείται για την ολοκλήρωση ενός μόνο βρόχου λειτουργίας. Τα ρομπότ που λειτουργούν συνεχώς 24 ώρες την ημέρα, επτά ημέρες την εβδομάδα (όπως στη σάρωση υψηλής απόδοσης και στην κατασκευή φαρμακευτικών προϊόντων) έφτασαν στο τέλος της ωφέλιμης ζωής τους γρηγορότερα από αυτά που λειτουργούν για οκτώ ώρες πέντε ημέρες την εβδομάδα. Για να σταματήσετε την πιθανή επιδείνωση, διορθώστε αυτά τα προβλήματα εκ των προτέρων και αγοράστε ρομπότ με μεγάλες περιόδους λίπανσης και χαμηλές απαιτήσεις συντήρησης.

Σχετικά με την Esha Chakraborty

Έχω ένα υπόβαθρο στην Αεροδιαστημική Μηχανική, επί του παρόντος εργάζομαι για την εφαρμογή της Ρομποτικής στην Άμυνα και τη Διαστημική Επιστήμη Βιομηχανία. Είμαι συνεχής μαθητής και το πάθος μου για τις δημιουργικές τέχνες με κάνει να τείνω να σχεδιάζω νέες ιδέες μηχανικής.
Με τα ρομπότ να αντικαθιστούν σχεδόν όλες τις ανθρώπινες ενέργειες στο μέλλον, θέλω να φέρω στους αναγνώστες μου τις θεμελιώδεις πτυχές του θέματος με έναν εύκολο αλλά ενημερωτικό τρόπο. Μου αρέσει επίσης να ενημερώνω ταυτόχρονα τις εξελίξεις στον κλάδο της αεροδιαστημικής.

Συνδεθείτε μαζί μου με το LinkedIn - http://linkedin.com/in/eshachakraborty93

Lambda Geeks