Мехатроника в действии. Запредельные скорости

Готовые к установке системы перемещения с инновационной системой ременного привода обеспечивают сборочные операции с высокой динамикой. Эти системы могут быть использованы везде, где востребовано быстрое, гибкое и экономичное позиционирование. Вакуумный захват по принципу Бернулли позволяет работать бесконтактно с хрупкими предметами.

Требования к системам автоматизации, в состав которых входят робототехнические и мехатронные системы, многообразны и сочетают разноплановые показатели. Все более мелкие партии выпускаемых изделий и возрастающее количество разновидностей продукции требуют сокращения времени перенастройки и сокращения себестоимости производства единицы продукции. Кроме того, интеллектуальные системы с применением, например, технического зрения, все больше и больше используются для целей повышения качества. Это означает, что решение должно быть гибким, т. е. должно масштабироваться под задачу. И последнее, но не менее важное – это стоимость решения, которая должна быть сокращена с улучшением характеристик.

Festo разработало две высокодинамичные системы перемещения как готовые к установке модули для удовлетворения указанных потребностей. Высокоскоростные H-портал и T-портал были разработаны для задач перемещения и сборочных операций с высокой динамикой для небольших объектов от 0 до 3 кг, которые необходимо быстро перемещать и гибко позиционировать. Контроллер управления для робототехники, входящий в состав готового модуля, в сочетании с механическими компонентами, компонентами электропривода и специализированными алгоритмами управления образует кинематическое системное решение.

Компактно, быстро, точно и экономично: высокоскоростной H-портал

H-портал – это экономичная альтернатива роботам-манипуляторам с параллельной кинематикой (триподам). Конструкция характеризуется низким центром тяжести, компактностью и простотой.

Это значит – меньше места необходимо для установки и лучше внешний вид линий. В отличие от триподов рабочее поле может быть адаптировано под любой размер. Таким образом, имеется возможность оптимизировать систему перемещения к специфическим требованиям, идеальному времени цикла с максимальной динамикой. Также удается уйти от куполообразного рабочего поля трипода с острыми углами и краями. Размер рабочего поля 2000 мм х 1000 мм с повторяемостью 0,1 мм ограничен характеристиками ускорения и торможения. Н-портал сочетает в себе динамику системы перемещения на линейных двигателях и стоимость систем на базе зубчатых ремней. В сравнении со стандартными портальными манипуляторами H-портал на 30% производительнее.

Линейные и вращательные движения в одном модуле

Линейно-поворотный модуль дополняет H-портал еще двумя степенями подвижности и осуществляет линейные и вращательные движения в одном модуле. Две оси модуля могут двигаться независимо, что часто востребовано в сборочных операциях. В дополнение к вертикальному перемещению весьма часто встречаются требования к повороту деталей перед их установкой, что и реализует данный модуль. Кроме того, в модуле предусмотрено отверстие для подачи вакуума на выходное звено (захват). Линейно-поворотный модуль способен развивать ускорение 20 м/с² и скорость до 1,5 м/с. При сочетании этого модуля с механическими или вакуумными захватами возможно перемещать объекты до 1 кг.

Компактный и динамичный: высокоскоростной Т-портал

Т-портал построен по той же технологии, что и Н-портал. Этот высокоскоростной модуль pick&place предоставляет более высокую динамику, чем обычные двухкоординатные манипуляторы, и также может быть исполнен с любым рабочим полем. Т-портал – очень компактный и способен развивать действительно высокие ускорения по оси Z. Максимальное рабочее поле 1000 мм х 300 мм по осям Y и Z, соответственно, повторяемость при этом 0,1 мм.

Особенности конструкции

Характеристики обоих порталов достигают 5 м/с по скорости и 50 м/с² по ускорению на всем рабочем поле благодаря особенностям конструкции: два ременных привода подсоединены к поперечной балке с помощью одного замкнутого зубчатого ремня. Ремень приводится двумя неподвижными серводвигателями Festo серии EMMS – сокращение подвижной массы. Эти две особенности (замкнутый ремень и сниженная подвижная масса) и позволяют достигать высоких показателей динамики.

Кинематическое системное решение

Основой данных высокоскоростных манипуляторов является контроллер робототехнических систем CMXR от Festo.

Он объединяет механические системы, системы электропривода и алгоритмы управления для получения кинематического системного решения. Контроллер CMXR осуществляет управление высокоскоростными перемещениями в трех измерениях. Функциональность контроллера включает: 3D-интерполяцию, прямые и обратные кинематические преобразования для трипода, Н-портала и Т-портала, корректировку размера инструмента, выбор системы координат (инструмента, объекта, системы перемещения). CMXR имеет встроенные сетевые интерфейсы для управления сервоприводами и пневматикой и для связи с более высоким уровнем управления. Кроме того, очень часто совмещают высокоскоростные перекладчики с контроллером CMXR с компактной системой технического зрения SBOx, что дает возможность создания решений перекладки для движущихся объектов.

Бесконтактный захват

Вакуумный захват по принципу Бернулли в сочетании с подъемно-поворотным модулем (для Н-портала) представляет собой идеальное решение для перемещения ячеек солнечных батарей или других хрупких объектов. Такие объекты, как кремниевые пластины или ячейки солнечных батарей, схватываются бесконтактно с помощью создания избыточного давления на захвате совместно с вакуумом на поверхности объекта, которая предназначена для схватывания. При этом плоский объект присасывается к захвату, пока существует равновесие между весом объекта, противодавлением от сопел и усилием потока воздуха, создаваемого ускорения при перемещении манипулятора. Тогда существует воздушный зазор в пределах 0,5–3 мм между захватом и поверхностью объекта, т. е. объект захватывается бесконтактно.

Готовые к установке системные решения

Оба манипулятора – и Н-портал, и Т-Портал – представляют собой законченные, готовые к установке встраиваемые системы перемещения, в которые входят также и выходные звенья, например, бесконтактные, вакуумные или механические захваты. Эти решения полностью оттестированы, собраны и поставляются для конкретной машины или линии совместно со всей необходимой документацией и, конечно, полной функциональностью для решения поставленной задачи.

Фотографии и материалы предоставлены компанией Festo