Kiekvieną savaitę sulaukiu skambučių iš automatizavimo inžinierių, kurie susiduria su per dideliais gabaritais, per lėtais ar tiesiog nepatikimais įrankiais, naudojamais didelio tikslumo programose. Šis iššūkis tampa dar svarbesnis, kai dėl naudingosios apkrovos pajėgumo ir ciklo trukmės reikalavimų įprastinės cilindrų konstrukcijos viršija savo praktines ribas.
Norint pasiekti optimalų suėmimo našumą, kompaktiškiems cilindrams, naudojamiems rankos galo įrankiuose, reikia atidžiai apsvarstyti svorio ir jėgos santykį, montavimo konfigūracijas ir integraciją su robotų valdymo sistemomis, kad būtų pasiektas optimalus suėmimo našumas, o išlaikyti didesnį nei 60 operacijų per minutę ciklo greitį.1.
Praėjusį mėnesį dirbau su Mičigano valstijoje esančioje automobilių dalių gamykloje dirbančiu robotų inžinieriumi Deividu, kurio "pick-and-place" sistema neatitiko gamybos tikslų dėl per didelių pneumatinių komponentų, dėl kurių susidarė pernelyg didelė inercija ir sumažėjo padėties nustatymo tikslumas.
Turinys
- Kokie yra pagrindiniai dydžio apribojimai, susiję su rankos gale esančių cilindrų naudojimu?
- Kaip apskaičiuoti jėgos poreikį suėmimo programoms?
- Kurie montavimo būdai optimizuoja vietos panaudojimą kompaktiniuose projektuose?
- Kokius integracijos iššūkius turite spręsti su robotinėmis valdymo sistemomis?
Kokie yra pagrindiniai dydžio apribojimai, susiję su rankos gale esančių cilindrų naudojimu?
Rankos galo įrankiai veikia pagal griežtas matmenų ribas, kurios turi tiesioginės įtakos roboto našumui ir naudingosios apkrovos pajėgumui.
Kritiniai dydžio apribojimai tipinių pramoninių robotų maksimalus svoris yra 2-5 kg.2, apribojimus, taikomus 200 mm x 200 mm dydžio pėdsakams, ir svorio centro ypatumus, kurie turi įtakos roboto tikslumui ir ciklo trukmei.
Svorio pasiskirstymo analizė
Esminis rankos galo projektavimo iššūkis - suėmimo jėgos ir bendro sistemos svorio subalansavimas. Štai ką išmokau iš šimtų įrengimų:
| Roboto naudingoji apkrova | Maksimalus įrankių svoris | Kompaktiška cilindro anga | Jėgos išvestis |
|---|---|---|---|
| 5 kg | 1,5 kg | 16 mm | 120N @ 6 bar |
| 10 kg | 3,0 kg | 20 mm | 190N @ 6 bar |
| 25 kg | 7,5 kg | 32 mm | 480N @ 6 bar |
| 50 kg | 15 kg | 40 mm | 750N @ 6 bar |
Vokų optimizavimo strategijos
Erdvės efektyvumas tampa labai svarbus, kai sudėtingiems suėmimo modeliams reikalingi keli cilindrai. Visada rekomenduoju šiuos projektavimo principus:
- Įterptinis montavimas sumažinti bendrą pėdsaką
- Integruoti kolektoriai sumažinti ryšio sudėtingumą
- Kompaktiškas vožtuvų integravimas cilindro korpuse.
- Lanksčios montavimo kryptys optimaliam erdvės išnaudojimui.
Svorio centro aspektai
Šiaurės Karolinoje įsikūrusios pakavimo įrangos bendrovės projektavimo inžinierė Sarah pastebėjo, kad cilindro tvirtinimo tašką perkėlus vos 25 mm arčiau roboto riešo, padėties nustatymo tikslumas padidėjo 40%, o ciklo greitis - 15%. Pamoka: kiekvienas milimetras svarbus rankos galo taikymuose.
Kaip apskaičiuoti jėgos poreikį suėmimo programoms?
Tinkamas jėgos apskaičiavimas užtikrina patikimą detalių tvarkymą ir apsaugo nuo subtilių komponentų ar detalių pažeidimų.
Skaičiuojant suėmimo jėgą reikia atsižvelgti į detalės svorį, pagreičio jėgas judant robotui, 2-3 kartus didesnis saugos koeficientas kritinėms reikmėms.3, ir trinties koeficientai tarp griebtuvo paviršių ir ruošinio medžiagų.
Jėgos skaičiavimo formulė
Pagrindinė formulė, kurią naudoju rankos galo suėmimo programoms, yra tokia:
Kur:
- W = dalies svoris (N)
- (masė × pagreitis)
- SF = saugos koeficientas (2-3x)
- = trinties koeficientas
Specifiniai medžiagų trinties koeficientai
| Medžiagų derinys | Trinties koeficientas | Rekomenduojamas saugos koeficientas |
|---|---|---|
| Plienas ant gumos | 0.7-0.9 | 2.0x |
| Aliuminis ant uretano | 0.8-1.2 | 2.5x |
| Plastikinė tekstūruota rankena | 0.4-0.6 | 3.0x |
| Stiklas / keramika | 0.2-0.4 | 3.5x |
Dinaminė jėgos analizė
Didelio greičio robotai sukuria dideles pagreičio jėgas, į kurias reikia atsižvelgti parenkant cilindrų dydį. 1 kg sveriančiai detalei, judančiai 2 m/s² pagreičiu:
Statinė jėga: 10N (dalinis svoris)
Dinaminė jėga: 2N (pagreitis)
Iš viso su 2,5 karto didesniu saugos koeficientu: 30N minimali suėmimo jėga
"Bepto" kompaktiški cilindrai yra specialiai suprojektuoti šiems sudėtingiems darbams ir pasižymi geresniu jėgos ir svorio santykiu, palyginti su tradicinėmis konstrukcijomis.
Kurie montavimo būdai optimizuoja vietos panaudojimą kompaktiniuose projektuose?
Taikant strateginius montavimo būdus galima sumažinti bendrą įrankių dydį 30-50%, kartu pagerinant prieinamumą techninei priežiūrai ir reguliavimui.
Optimalūs montavimo būdai - integruotos kolektorių sistemos, daugiaašiai montavimo kronšteinai, per skyles montuojamos konstrukcijos ir modulinės jungčių sistemos, kurios pašalina išorinį vandentiekį ir sumažina surinkimo sudėtingumą.
Montavimo konfigūracijos palyginimas
Tradicinis ir kompaktiškas montavimas
| Montavimo tipas | Erdvės efektyvumas | Prieiga prie techninės priežiūros | Poveikis išlaidoms |
|---|---|---|---|
| Išorinis kolektorius | 60% | Geras | Standartinis |
| Integruotas kolektorius | 85% | Ribotas | +15% |
| Per skylę einanti konstrukcija | 90% | Puikus | +25% |
| Modulinė sistema | 95% | Išskirtinis | +30% |
"Bepto" kompaktiško cilindro privalumai
Mūsų "Bepto" kompaktiški cilindrai pasižymi naujoviškais montavimo sprendimais, kurie pranoksta tradicines konstrukcijas:
| Funkcija | Standartinis dizainas | "Bepto Compact | Erdvės taupymas |
|---|---|---|---|
| Bendras ilgis | 180 mm | 125 mm | 30% |
| Montavimo įranga | Išorinis | Integruotas | 40% |
| Oro jungtys | Šone sumontuotas | Per kūną | 25% |
| Bendras sistemos svoris | 850g | 590g | 31% |
Modulinės integracijos privalumai
Maiklas, Kalifornijoje įsikūrusios medicinos prietaisų įmonės sistemų integratorius, perėjęs prie mūsų modulinės kompaktiškų cilindrų sistemos, sutrumpino įrankių surinkimo laiką nuo 4 valandų iki 90 minučių. Integruotos jungtys panaikino 12 atskirų jungčių ir 75% sumažino galimų nesandarumo taškų skaičių.
Kokius integracijos iššūkius turite spręsti su robotinėmis valdymo sistemomis?
Sėkmingai integracijai būtinas kruopštus pneumatinio laiko, roboto judesių profilių ir saugos sistemų derinimas.
Svarbiausi integracijos iššūkiai cilindro įjungimo sinchronizavimas su roboto padėties nustatymu4, įgyvendinti tinkamą oro tiekimo valdymą greitų judesių metu, užtikrinti saugų veikimą dingus elektros energijai ir koordinuoti grįžtamojo ryšio signalus su robotų valdymo sistemomis.
Valdymo sistemos sinchronizavimas
Laiko derinimo reikalavimai
Kad robotas veiktų patikimai, būtina tinkamai suderinti roboto judesio ir cilindro įjungimo laiką:
- Išankstinis išdėstymas: Cilindras turi pasiekti padėtį prieš roboto judesį
- Suėmimo patvirtinimas: Grįžtamasis ryšys apie padėtį prieš roboto greitėjimą
- Išleidimo laikas: Suderinta su roboto lėtėjimu
- Saugos blokavimo įtaisai: Avarinio stabdymo integracija
Oro tiekimo valdymas
| Sistemos parametras | Standartinis taikymas | Rankovės pabaigos reikalavimas |
|---|---|---|
| Tiekimo slėgis | 6 barai | 6-8 barai (didesni, kad būtų greitesnė reakcija) |
| Srautas | Standartinis | 150%, apskaičiuotas greitam ciklui |
| Rezervuaro dydis | 5x cilindro tūris | 10x cilindro tūris |
| Reakcijos laikas | <100 ms | <50 ms |
Grįžtamojo ryšio ir saugos sistemos
Kad šiuolaikiniai robotai veiktų patikimai, reikia išsamaus grįžtamojo ryšio:
- Padėties jutikliai sukibimui patvirtinti
- Slėgio stebėjimas jėgos grįžtamajam ryšiui
- Apsauginiai vožtuvai avariniam išleidimui
- Diagnostikos galimybės prognozuojamai techninei priežiūrai
Dėl sudėtingos integracijos daugelis klientų renkasi mūsų "Bepto" sistemas - mes teikiame visapusišką integracijos pagalbą ir iš anksto išbandytas valdymo sąsajas, kurios sutrumpina paleidimo laiką 60%.
Išvada
Norint sėkmingai integruoti kompaktiškus cilindrus į galinius įrankius, reikia sistemingai atkreipti dėmesį į dydžio apribojimus, jėgos skaičiavimus, montavimo optimizavimą ir valdymo sistemos koordinavimą, kad būtų užtikrintas patikimas greitaeigis automatizavimas.
Dažniausiai užduodami klausimai apie kompaktiškus cilindrus, naudojamus rankos įrankių galuose
K: Koks yra mažiausias praktiškas cilindro dydis robotų suėmimo programoms?
Mažiausias praktiškai pritaikomas dydis paprastai yra 12 mm skersmens skylė, užtikrinanti maždaug 70 N jėgą esant 6 barų slėgiui. Mažesnių dydžių robotams nepakanka jėgos patikimam suėmimui, o didesnių dydžių robotai nereikalingai padidina roboto sistemos svorį ir inerciją.
K: Kaip išvengti oro tiekimo problemų, kai robotas greitai juda?
Netoli įrankių įrengkite oro rezervuarus, kurių dydis 10 kartų didesnis už cilindro tūrį, naudokite lanksčias oro linijas su aptarnavimo kilpomis ir palaikykite 1-2 barais didesnį tiekimo slėgį nei minimalūs reikalavimai. Apsvarstykite greitojo išmetimo vožtuvus, kad būtų galima greičiau ištraukti cilindrą per didelės spartos ciklus.
K: Kokį techninės priežiūros grafiką rekomenduojama taikyti rankos galo cilindrams?
Kas mėnesį tikrinkite sandariklius ir jungtis dėl nuolatinio judėjimo ir vibracijos poveikio. Keiskite sandariklius kas 2-3 milijonus ciklų arba kasmet, priklausomai nuo to, kas įvyksta anksčiau. Kas savaitę stebėkite eksploatacinius parametrus, kad aptiktumėte pablogėjimą prieš atsirandant gedimui.
K: Ar kompaktiški cilindrai gali atlaikyti didelio greičio robotų judėjimo sukeliamą vibraciją?
Kokybiški kompaktiški cilindrai su sustiprintais tvirtinimo taškais ir vibracijai atspariais sandarikliais skirti robotams. Tačiau, norint, kad cilindrai ilgai tarnautų didelio dažnio darbuose, būtina tinkamai sumontuoti ir slopinti vibraciją bei reguliariai atlikti techninę priežiūrą.
K: Kaip nustatyti oro linijų dydžius, kai naudojamas cilindras, esantis rankos gale?
Naudokite vienu dydžiu didesnes oro linijas, nei rekomenduojama pagal standartą, kad kompensuotumėte slėgio kritimą, kai robotas greitai greitėja. Sumažinkite linijos ilgį ir venkite aštrių posūkių. Apsvarstykite galimybę naudoti integruotus kolektorius, kad sumažintumėte prijungimo taškų skaičių ir pagerintumėte reakcijos laiką.
-
“Didelio greičio ”Pick-and-Place" robotų dinamika",
https://ieeexplore.ieee.org/document/8961532. Analizuoja robotų manipuliatorių, kurių ciklų skaičius viršija 60 ciklų per minutę, našumo reikalavimus. Evidence role: general_support; Source type: research. Palaiko: ciklų greitis viršija 60 operacijų per minutę. ↩ -
“ISO 9283:1998 Manipuliaciniai pramoniniai robotai - Veikimo kriterijai ir susiję bandymų metodai”,
https://www.iso.org/standard/16894.html. Apibrėžia naudingosios apkrovos apribojimus ir standartinių pramoninių manipuliatorių našumo rodiklius. Evidence role: standard; Source type: standard. Palaiko: tipinių pramoninių robotų didžiausios 2-5 kg svorio ribos. ↩ -
“Griebtuvo jėgų skaičiavimas”,
https://www.machinedesign.com/mechanical-motion-systems/pneumatics/article/21832049/calculating-gripper-forces. Išsami informacija apie inžinerinius saugos koeficientus, reikalingus saugiam pneumatiniam suėmimui. Evidence role: Mechanizmas; Šaltinio tipas: Pramonė. Palaiko: 2-3 kartus didesni saugos koeficientai kritinėms reikmėms. ↩ -
“ISO 10218-2:2011 Robotai ir robotiniai įtaisai. Pramoninių robotų saugos reikalavimai. 2 dalis,
https://www.iso.org/standard/41571.html. Nurodo reikalavimus, kaip saugiai sinchronizuoti galinio vykdymo įtaiso paleidimą su roboto padėties nustatymu. Evidence role: standard; Source type: standard. Palaiko: cilindro paleidimo sinchronizavimas su roboto padėties nustatymu. ↩
