Kuidas erineb roboti lineaarne liikumine teistest robotiliikumise tüüpidest?

Mida tähendab roboti lineaarne liikumine? Põhiprintsiibid ja määravate omaduste kirjeldus

Lineaarne liikumine robotites tähendab põhimõtteliselt liikumist sirgjooneliselt ilma mingisuguse pöörlemiseta. See on üks neid põhiliikumisi, millele automaatika suuresti toetub. Selle sirgjoonelise liikumise täpsus teeb selle ideaalseks ülesannete jaoks, kus on vaja väga täpset juhtimist – näiteks arvutikipide valmistamine või väikeste meditsiiniliste seadmete kokkupanemine. Kui võrrelda neid lineaarsüsteeme tavaliste robotkätega, mis painduvad ja keerduvad, siis on suur erinevus. Lineaarsed seadeldised säilitavad kogu liikumise vältel sama suuna, mis vähendab väikeste vigade kuhjumist, mis tekivad robotkäe mitme liigese osalusel.

Kineemaatiline definitsioon: liikumine ilma pöörlemiseta

Kui räägime kinemaatikast, tähendab lineaarliikumine põhimõtteliselt seda, et kõik liigub sirgjooneliselt ilma pöördumiseta. Kõik liikuva objekti osad liiguvad paralleelsete sirgete mööda, nagu näiteks saab laeke kappi sisse ja sealt välja tõmmata. See erineb täielikult pöördsüsteemidest, kus asjad liiguvad ringides või kõverates. Enamik tehaseid kasutab komponentide liigutamiseks ühes kindlas sirgjoones spetsiaalselt kõvendatud raudteid või juhtrajusid. Need süsteemid suudavad asju positsioneerida väga täpselt, mõnikord isegi 0,01 millimeetri täpsusega. Kuna ei toimu mingit keerutamist ega pööramist, on arvutijuhtimissüsteemidele palju lihtsam määrata, kuhu iga asi järgmisena peab liikuma. Seetõttu töötavad need lineaarsüsteemid nii hästi kiiretes montaažitöödes, kus robotid peavad osasid kiiruga kinni püüdma ja täpselt paigutama.

Olulised võimaldajad: juhtraja jäikus, käigukäigu sünkroonimine ja veakompensatsioon

Tööstusrobotite puhul on põhimõtteliselt kolm olulist tegurit, mis tagavad kindla lineaarse liikumise. Esimene on tugevad juhisraamid, mis ei paindu ega värise paljude koormuste all. See on eriti oluline masinate puhul, mis peavad kandma üle poole tonni raskusi. Teiseks on sünkroonitud juhtsüsteemid. Need võivad olla kas lineaarmootorid või traditsioonilised kuulmutrid, kuid olulisem kui konkreetne tehnoloogia on see, et kõik liigub üheaegselt ja sünkroonselt mitmes teljes. Kolmandaks on soojuse ja vibratsioonide põhjustatud veaparandused. Kaasaegsed süsteemid kasutavad nüüd lasermeetmete tehnoloogiat, et pidevalt jälgida ja reaalajas parandada neid probleeme. Selle tulemusena saavad tootjad säilitada uskumatult suure täpsuse – kuni 5 mikromeetrit kaugusel kümme meetrit, isegi siis, kui tehasesisene keskkond pole ideaalne.

Roboti lineaarliikumine vs. pöörlemisliikumine: struktuurilised, juhtimis- ja toimetuslikud erinevused

Sõidusüsteemide võrdlus: liikumisspindlid, kihutusvööd ja lineaarmootorid vs. servojuhtimisega ühendused

Liikumiskontrolli puhul töötavad lineaarsed süsteemid tegelikult üsna erinevalt oma pöörlevatest sugulasest, kui vaadata, kuidas nad asju tegelikult liigutavad. Võtmemõtteliselt võttes näiteks liikumisspindid. Need teisendavad pöörlemisliikumise sirgjooneliseks liikumiseks tänu kõigile meile hästi tuntud keermetele. Need on suurepäraselt sobivad raskete esemete tõstmiseks, kus olulisimaks on jõud, kuid aeglaselt kuluvate osade tõttu tekib alati murelik probleem – luubimine. vöötpõhised süsteemid pakuvad aga täiesti teistsugust lahendust. Need pingutatud vööd, mis liiguvad rullide vahel, võimaldavad suhteliselt kiiret liikumist pikemate vahemaade vahel. Kuid vöö materjali venivus mõjutab sageli täpsusmõõtmisi. Tipp- ja edasijõudvaimad on siiski lineaarmootorid. Need võimsad seadmed teevad liikumise otse elektromagnetväljade abil juhikrailide mööda ilma vajaduseta mingitele vaheosadele, nagu traditsioonilised käigukastid. See tähendab, et positsioneerimine saavutab väga suure täpsuse – mõnikord korduvalt vaid 0,01 millimeetri täpsusega. Teisel pool spektrit sõltuvad pöörlevad mehhanismid tugevalt servo- ja erilistest väändemomendi alandavatest käigukastidest, näiteks planeet- või harmooniatüüpi käigukastidest. Kuigi sellised konfiguratsioonid suurendavad väändemomendi väljundit oluliselt, kaasnevad nendega ka ebameeldivad probleemid pöörlemisliku paindlikkusega. Vaadake järgmist tabelit, et näha täpselt, kuidas need erinevad lähenemisviisid struktuurselt omavahel erinevad.

Täpsusmõõdikud: Submillimeetrine korduvusvõime vs. nurga lahutusvõime ja tagasitõmbe efektid

Erinevus täpsuses tuleb eriti selgelt välja, kui võrrelda erinevaid liikumisliike. Võtame näiteks robotite lineaarliikumise – me mõõdame, kui korduv see on sirgetel joontel, saavutades sageli täpsust murdosades millimeetris, umbes plussmiinus 5 mikromeetrit. See juhtub tänu kindlatele juhtraudadele ja kodeerijatest saadavale tagasisidele. Kuid esinevad ka probleemid. Soojus põhjustab kuulmutrides nihe, samuti painduvad juhtraudad veidi raskete koormuste all. Pöördsüsteemide puhul räägime aga nurkade kohta. Need süsteemid suudavad tuvastada muutusi, mis on väiksemad kui kaaresekund, kuid neil tekib suur probleem, mida nimetatakse tagasitõmbumiseks (backlash). Mõelge sellele kui väiksele poolekraadisele lüngile, kus hammaste seiskumine pole täiesti täiuslik, mistõttu tekib kiire suunamuutuse korral viivitus. Mõned kõrgema klassiga reduktorid aitavad seda probleemi lahendada, kuid nad maksavad kindlasti rohkem.

Roboti lineaarne liikumine vs. ostsilleeriv ja artikuleeruv liikumine: Kasutusjuhtude sobivus ja piirangud

Kui lineaarsus võidab: kõrgtäpsusega asendamise, pakkimise ja mõõtmise rakendused

Roboti lineaarne liikumine domineerib olukordi, kus on vajalik mikronitasemel tee täpsus, ületades ostsilleerivad ja artikuleeruvad süsteemid kolmes kriitilises valdkonnas:

• Täpsustootmine , kus sirgjoonelised trajektoorid nõuavad 0,1 mm-st väiksema korduvustäpsuse – eriti pooljuhtplaadi käsitluses ja optiliste komponentide paigaldamisel
• Kõrgkiiruslik pakkimine ja paigaldamine , kus lineaarsed teljed vähendavad kiirendusest tingitud vibratsioone, võimaldades üle 200 tsükli/minutiga järjepideva koorma asendamise
• Metroloogiline valideerimine , kus laserinterferomeetrid ja koordinaatmõõtemasinad (CMM-d) nõuavad mõõtmiste usaldusväärsuse tagamiseks vibratsioonivaba sirgjoonelist liikumist

Need rakendused kasutavad lineaarsüsteemide eelisena pöörlevate liigendite omaseid pöördvigu elimineerimist.

Omadusspetsiifilised piirangud: piiratud orientatsioonijuhtimine ja tööruumi paindlikkus

Oma suurepärase täpsusega sirgjooneliste ülesannete täitmises on robotite lineaarliikumisel olemaslikud kompromissid:

• Orientatsioonipiirangud piiravad lõppmõjuja kohandamist 1–2 teljele, võrreldes liigutatavate kätega pakkutava 6-DoF-iga (vabadusastmed) – see teeb keerukad keevitusrajad või kõverate pindade töötlemine praktiliselt võimatuks
• Tööruumi jäikus piirab toiminguid eelnevalt määratletud ristkülikukujuliste ruumidega, erinevalt liigutatavatest robotitest, mis kohanevad ebaregulaarsetele paigutustele pöörlevate liigendite konfiguratsiooni abil
• Ümberseadistamise takistused nõuavad ülesande muutmisel juhtteede füüsilist ümberpaigutamist, samas kui võnkuvad süsteemid saavutavad kiire positsioneerimise programmeeritavate pendli-liikumistega

Need piirangud teevad liigutatavaid alternatiive eelistatavamaks dünaamilistes keskkondades, kus on vaja ülesannete paindlikkust.