Descoperă flexibilitatea și modul de funcționare al brațelor robotice programabile
Tot ce trebuie să știi atunci când dorești să automatizezi anumite procese industriale
Acest articol are rolul de a vă ghida în alegerea tipului de braț robotizat potrivit pentru dumneavoastră și anume: va analiza exact modul de funcționare al brațelor robotizate, care sunt diferitele tipuri de brațe robotizate programabile disponibile pe piață și care modele sunt cel mai bine adaptate pentru a fi folosite cu diferite accesorii sau extensii.
Ce sunt brațele robotice?
Brațele robotice sunt sisteme mecatronice programate pentru a executa o sarcină sau o lucrare specifică rapid, eficient și extrem de precis. În general, brațele acționate cu motoare electrice, sunt cel mai des utilizate pentru efectuarea rapidă și constantă a sarcinilor grele și/sau repetitive, pe perioade îndelungate de timp și sunt apreciate în special în sectoarele industriale de producție, prelucrare și asamblare.
Un braț robot tipic industrial include o serie de articulații și mecanisme de prehensiune care lucrează împreună pentru a semăna îndeaproape cu mișcarea și funcționalitatea unui braț uman (cel puțin dintr-o perspectivă pur mecanică). Un braț robotic programabil poate fi o mașină de sine stătătoare, sau poate funcționa ca o parte a unui sistem automat mai mare și mai complex.
O mare parte din brațele robotice cu gabarit mai mic, utilizate în nenumărate industrii și aplicații la locul de muncă, sunt montate pe un banc și controlate electronic. Versiunile mai mari pot fi fixate în pardoseală, dar în orice caz, toate tind să fie construite dintr-un metal rezistent și durabil (adesea oțel sau fontă), iar majoritatea vor avea între 4 și 6 îmbinări articulate. Din nou, dintr-o perspectivă mecanică, articulațiile cheie de pe un braț robot sunt proiectate să semene îndeaproape cu părțile principale ale echivalentului său uman – umărul, cotul și încheietura mâinii.
Având în vedere viteza și puterea cu care pot acționa brațele robotului industrial, este necesară o atenție deosebită la programarea și utilizarea acestora. Totuși, atunci când sunt programate și utilizate în mod corespunzător, acestea pot crește considerabil rata de producție și acuratețea sarcinilor de plasare și ridicare, precum și îndeplinirea unor funcții grele de manipulare și repoziționare, care ar fi imposibil de realizat chiar și pentru un grup numeros de lucrători umani.Pe măsură ce tehnologia a avansat, iar costurile de fabricație ale componentelor robotice au scăzut, în ultimul deceniu a avut loc o expansiune foarte rapidă a disponibilității și accesibilității roboților, respectiv a brațelor robotice, care a permis utilizarea acestora de o gamă foarte largă de industrii. Acest lucru înseamnă că acum, mai mult decât oricând, sunt cel mai des întâlnite în operațiuni la scară mică, deoarece nu mai sunt o opțiune viabilă economic doar pentru liniile de producție la scară largă, care produc volume foarte mari de produse.
Ce tipuri de brațe robotice există?
Există numeroase modele de brațe robotice disponibile astăzi pe piața, fiecare proiectat cu abilități și funcții de bază importante, potrivite pentru anumite aplicații din mediul casnic, didactic sau industrial.
Majoritatea brațelor robotice au până la șase articulații care conectează șapte segmente mecanice, acționate de diverse forme de motoare pas cu pas și comandate de un controler. Acest lucru permite o poziționare incredibil de precisă a brațului sau a componentei finale a ansamblului, care în majoritatea utilizărilor industriale va fi un tip de accesoriu sau o extensie specializată, concepută pentru a efectua o acțiune extrem de specifică.
În cea mai mare parte, distincția cheie între tipurile de brațe robotice constă în modul în care articulațiile lor sunt concepute – respectiv gama de mișcare și funcții pe care le pot îndeplini- precum și designul structurii mecanice și amprenta la sol necesară pentru instalare și funcționare.
În această secțiune vom explora unele dintre tipurile de brațe robotice programabile utilizate mai des în toate industriile din întreaga lume.
Brațe robotice de tip cartezian
Brațele robotice carteziene sunt denumite după sistemul de coordonate cartezien sau ortogonal, dezvoltat de René Descartes în secolul al XVII-lea ca o modalitate de a trasa curbele geometrice pe un grafic prin utilizarea ecuațiilor algebrice.
Deși toți acești termeni sună înfricoșător de complexi, realitatea practică este de fapt destul de familiară pentru majoritatea dintre noi: coordonatele carteziene sunt în esență sistemul folosit pe scară largă de axe X, Y și Z (mai puțin frecvent) pe care îl vedem pe aproape orice grafic obișnuit.
În termeni de braț robotic, sistemele mecatronice carteziene sunt realizare din trei articulații care sunt programate folosind aceste coordonate X, Y și Z pentru a specifica mișcarea liniară în trei dimensiuni de-a lungul acestor trei axe. Articulația mecanismului de prehensiune oferă deseori o funcționalitate rotativa suplimentară.
Brațele robotice carteziene folosesc diverse motoare și actuatoare liniare pentru a poziționa o unealtă sau un produs undeva în spațiul tridimensional. Acestea pot fi montate orizontal sau vertical și sunt utilizate pe scară largă într-o serie de aplicații precum prelucrarea sau ridicarea și plasarea pieselor, alături de benzile transportoare.
Brațe robotice de tip cilindrice
Brațele robotului cilindric, spre deosebire de versiunile carteziene prezentate mai sus, sunt cele ale căror axe formează un sistem cilindric de coordonate – pe scurt, mișcările programate ale acestora au loc într-un spațiu în formă de cilindru. Acest tip de braț este mai frecvent utilizat pentru operațiunile de asamblare, sudare la fața locului și manipularea uneltelor pentru CNC-uri, unde articulațiile rotative și prismatice îi oferă atât mișcare de rotație cât și liniară.
Brațe robotice de tip polare / sferice
Din nou, la fel ca brațele robotice cilindrice descrise mai sus, un robot polar sau sferic este unul care funcționează în interiorul unui spațiu de lucru definit de o sferă. Brațul robotic polar are la bază o articulație de rotație care determină spațiul de lucru și îl face util pentru îndeplinirea unor funcții similare cu cele ale brațelor robotice cilindrice – sudare, manipularea de materiale și unelte, poziționare și orientare obiecte.
Brațe robotizate de tip SCARA
Brațele robot SCARA sunt cele mai utilizate pe scară largă în aplicații de asamblare, ridicare și orientare. Acronimul SCARA reprezintă „Selective Compliance Assembly Robot Arm”- Robot cu braț articulat mobil în plan, care se referă la capacitatea lor de a tolera un grad limitat de „complianță” (flexibilitate, în contextul roboticii) de-a lungul unor axe, în timp ce rămân rigide în anumite puncte cheie.
Pentru anumite sarcini de asamblare și poziționare, un grad de flexibilitate tolerabilă în anumite direcții, este extrem de avantajos, permițând introducerea componentelor în anumite spații delimitate rigid, fără a deteriora oricare dintre brațul sau produsul manipulat.
Cum alegem brațul robotic?
Brațele robotice pot fi utilizate pentru aproximativ toate etapele de producție, procesare și fabricație industrială – de fapt pentru orice sarcină în care sunt necesare mișcări extrem de precise, rapide și repetabile.
Brațele robotice de toate tipurile sunt folosite astăzi la orice scară de fabricație, de la un ansamblu foarte complex și detaliat al plăcilor de circuit până la industrii grele cu volum mare, de tipul liniilor de producție auto, precum și într-o gamă uriașă de aplicații de manipulare și transport de produse. Utilizarea extrem de variată a acestora înseamnă că este important cunoaștem tipul cel mai potrivit de braț robotic programabil pentru diferitele medii industriale și aplicații cu sarcini specifice, înainte de a începe achiziționarea unui astfel de echipament.
Selectarea tipului potrivit de braț robotic programabil pentru executarea unei funcții sau a unei sarcini date ar trebui să aibă la bază cerințele precise și natura aplicației unde va fi integrat. Acestea se împart, de obicei, în următoarele criterii:
Sarcina
- Toate tipurile de brațe robotizate au o capacitate de încărcare dată, iar acest număr specificat de producător trebuie să depășească întotdeauna greutatea totală a sarcinii utile implicate în orice lucrare pe care o așteptați să o îndeplinească brațul (inclusiv mecanismul de prehensiune și extensiile brațului).
- Multe brațe robotice sunt amplasate pe cadre proiectate diferit, care pot crește sau scădea capacitatea totală de încărcare – trebuie să existe un echilibru având în vedere amplasarea fizică a robotului și amprenta la sol.
Orientarea
- Acest criteriu este definit, în general, prin amprenta și poziția de montare a brațului robotic și cât de bine se potrivește alături de celelalte echipamente din linia de producție. Gama de mișcări și manipulări pe care trebuie să le efectueze va influența locul în care brațul poate fi poziționat fizic în raport cu obiectele pe care le va deplasa.
- Anumite tipuri de brațe robotice necesită standuri-suport mai voluminoase sau mai mult spațiu liber pentru a-și efectua gama de mișcări programate, iar acești factori trebuie luați în considerare în ceea ce privește alte echipamente sau lucrători din apropiere.
Viteza
- Atunci când alegeți brațe robotice pentru aplicații de ridicare și poziționare, este important să acordați atenție evaluărilor producătorului pentru viteză, în special în ceea ce privește accelerația pe distanțe mai mari.
- Modificări și îmbunătățiri ale vitezei pot fi obținute, la unele tipuri de brațe robotice, prin modificări făcute la alegerea curelelor, motoarelor sau actuatoarelor utilizate.
Deplasarea
- Toleranțele și precizia pe distanțe mai mari pot fi dezavantajoase la anumite tipuri de brațe robotice, din cauza abaterilor mecanice a brațului și a cadrului de sprijin.
- Dacă aplicația necesită distanțe mai lungi de deplasare între sarcini utile sau zone de lucru, acest lucru poate dicta tipul de braț robotic potrivit pentru îndeplinirea sarcinii, în funcție de toleranțele de poziționare necesare.
Precizia
- Anumite tipuri de brațe robotice programabile sunt concepute în mod inerent pentru a fi mai precise în gama lor de mișcări și articulații decât altele. Acest lucru poate avea costuri mai mari pentru o mașină mai complexă și poate implica un compromis față de alți factori, cum ar fi amprenta, viteza, distanța de deplasare potențială și orientarea.
- Pentru multe aplicații industriale, cum ar fi manipularea obiectelor, brațele robotice capabile de o mișcare repetitivă extrem de precisă pot reprezenta o cheltuială inutilă. Cu toate acestea, pentru aplicațiile de prelucrare precizia va fi o considerație esențială înaintea celorlalți factori.
Mediu înconjurător
- Condițiile atmosferice și potențialele pericole din mediul de lucru (inclusiv a prafului, a murdăriei și a nivelului de umiditate) sunt un criteriu important atunci când alegeți un tip adecvat de braț robotic pentru o anumită locație.
- Amprenta fizică, orientarea și gama de mișcare vor influența, de asemenea, cât de adecvată este utilizarea unui anumit model sau tip de braț într-un anumit mediu, având în vedere alte echipamente și lucrători.
Durata de lucru
- Aceasta este, în esență, o evaluare a timpului de lucru a brațului robotic, respectiv raportul dintre timpul de funcționare și timpul de întreținere sau mentenanță. Uzura este o problemă care apare mai frecvent pentru un braț robotic care este rulat continuu, spre deosebire de unul care este acționat doar în timpul de lucru standard.
- Modele diferite de brațe vor necesita regimuri de întreținere diferite, cum ar fi intervalele de lubrifiere și înlocuirea pieselor – în orice mediu în care timpul de oprire este esențial, acesta va fi un aspect important de care se va ține cont la achiziționarea unui braț robotic.
Colectiv, criteriile de mai sus sunt uneori denumite parametrii LOSTPED ai unui robot.
Brațele robotice sunt ideale pentru operații repetitive, consecvente și care necesită un grad foarte ridicat de precizie, precum și pentru aplicațiile în care operatorul uman nu lucrează într-un mediu sigur și protejat.
Brațele robotice sunt rapide, precise și fiabile și pot fi programate colectiv pentru a efectua o gamă aproape infinită de operații diferite. Reducerea dramatică a costurilor de cumpărare a sistemelor robotizate industriale în ultimul deceniu a determinat utilizarea acestora pe scară largă în diferite industrii. Indiferent dacă sunt montate într-un birou sau instalate ca parte a unei linii de producție cu volum mare, brațele robotice sunt acum frecvent întâlnite în diferite sectoare, cu vaste aplicații, inclusiv:
- Laboratoare tehnice
- Testare și manipulare
- Fabricație
- Automatizare industrială
- Asamblare automată
- Alimentarea mașinilor-unelte
Seturile de asamblare și construcție a brațelor robotice sunt adesea vândute cu diferite extensii mecanice pentru a satisface mai multe tipuri de sarcini. Acestea pot varia de la dispozitive de prindere sau ventuze până la o gamă largă de senzori și controlere robotice care oferă capacități complexe de răspuns al sistemului. Trebuie să avem mereu în vedere faptul că achiziția unui anumit model de braț robotizat va fi dictată de tipul caracteristicile aplicației finale.
Autor: Emil Niță
Aurocon COMPEC SRL
Tel: 021 304 62 33
Fax: 021 304 62 34
Email: compec@compec.ro
Site: www.compec.ro