Kaip robotų tiesiaeigis judėjimas skiriasi nuo kitų robotų judėjimo tipų?

Kas yra robotų tiesiaeigis judėjimas? Pagrindiniai principai ir apibrėžiamosios charakteristikos

Tiesiaeigis judėjimas robotuose esminiu būdu reiškia judėjimą tiesia linija be jokio sukimosi. Tai vienas iš pagrindinių judėjimų, kurie yra labai svarbūs automatizacijai. Šio tiesiaeigio judėjimo tikslumas daro jį idealų užduotims, kurioms reikia itin tikslios kontrolės, pavyzdžiui, kompiuterių mikroschemų gamybai arba mažų medicininių prietaisų surinkimui. Palyginus šiuos tiesiaeigius sistemas su įprastais robotų rankomis, kurios lenkiasi ir sukasi, pastebima didelė skirtumo. Tiesiaeigės sistemos visą judėjimo laiką išlaiko tą pačią kryptį, todėl sumažėja mažų klaidų kaupimasis, kuris atsiranda, kai robotų rankos judėjimą valdo keli sąnariai.

Kineminė apibrėžtis: poslinkis be sukimosi

Kalbant apie kinematiką, tiesiaeigis judėjimas esminiu požiūriu reiškia, kad viskas juda tiesiai be sukimosi. Visos judančio objekto dalys tiesiog slysta lygiagrečiomis linijomis, panašiai kaip stalčius įsitraukia į spintą ir iš jos išsitraukia. Tai visiškai skiriasi nuo sukamųjų sistemų, kur objektai juda ratu arba kreivėmis. Dauguma gamyklinių sistemų naudoja specialius užkietintus bėgelius arba orientyrines bėgas, kad komponentai judėtų tik viena tiesia linija. Šios sistemos gali pozicionuoti objektus nepaprastai tiksliai – kartais net su tikslumu iki 0,01 milimetro. Kadangi čia nėra jokio sukimo ar sukamojo judėjimo, tai labai supaprastina kompiuterinių valdiklių užduotį – jiems lengviau nustatyti, kur turi būti kiekvienas komponentas kitame žingsnyje. Todėl šios tiesiaeigės sistemos puikiai tinka greitoms surinkimo operacijoms, kai robotai turi griebti detalių ir tiksliai jas padėti dideliu greičiu.

Kritiniai veiksniai: orientyrinės bėgos standumas, variklio sinchronizavimas ir klaidų kompensavimas

Iš esmės yra trys pagrindiniai veiksniai, kurie užtikrina patikimą tiesiaeigį judėjimą pramonės robotuose. Pirmasis – stiprūs vedačių bėgeliai, kurie mažai lenkiasi ar deformuojasi perkeliant sunkius krovinius. Tai tampa ypač svarbu įrenginiams, dirbantiems su kroviniais, svyruojančiais virš pusės tonos. Antrasis – sinchronizuoti varomieji mechanizmai. Tai gali būti tiek tiesiaeigiai varikliai, tiek tradicinės rutuliukų sraigto schemos, tačiau svarbiausia – užtikrinti, kad viskas judėtų sinchroniškai keliomis ašimis vienu metu. Galiausiai – klaidų atsiradimas dėl šilumos ir vibracijų. Šiuolaikinėse sistemose dabar naudojama lazerinė matavimo technologija, leidžianti nuolat tikrinti ir realiuoju laiku taisyti šiuos problemas. Dėl to gamintojai gali išlaikyti nepaprastai didelę tikslumą – net iki 5 mikronų per dešimt metrų atstumą, net tada, kai gamykloje esantys sąlygos nėra idealios.

Robotų tiesiaeigis judėjimas prieš sukamąjį judėjimą: konstrukcinės, valdymo ir našumo skirtumai

Varomųjų sistemų palyginimas: sriegio verčiamieji mechanizmai, diržiniai varikliai ir tiesiaeigiai varikliai prieš servovarikliu valdomus sąnarius

Kai kalbama apie judėjimo valdymą, tiesiniai sistemos veikia visiškai kitaip nei jų sukamieji atitikmenys, jei žvelgiama į tai, kaip jos iš tikrųjų judina daiktus. Paimkime, pavyzdžiui, sriegines veržles. Jos sukamąjį judėjimą paverčia tiesiuoju judėjimu naudodamos tas srieges, kurias visi taip gerai pažįstame. Puikiai tinka sunkiems kėlimo darbams, kai svarbiausia yra jėga, tačiau visada kyla nepatogus žaidimo (laisvojo ėjimo) klausimas, kuris laikui bėgant pasireiškia dėl detalių nusidėvėjimo. Diržais varomos sistemos siūlo visiškai kitokį sprendimą. Šie įtempti diržai, besisukantys tarp ratukų, gali įveikti ilgesnius atstumus labai greitai. Tačiau diržo medžiagos išsitempimas dažnai sukelia tikslumo matavimų problemų. Pačioje technologijų pačioje pačioje pašonėje stovi tiesiniai varikliai. Šie įrenginiai judėjimą sukuria tiesiogiai naudodami elektromagnetinius laukus palei vedančiąją bėglią, be jokių tarpinių detalių, tokių kaip tradiciniai pavaražiai. Tai reiškia, kad padėtis nustatoma itin tiksliai – kartais pakartotinai tikslumu iki 0,01 mm. Kita vertus, sukamieji mechanizmai labai priklauso nuo servovariklių, sujungtų su specialiais reduktoriniais pavaražiais, pvz., planetiniais ar harmoniniais. Nors tokios konfigūracijos žymiai padidina sukimo momentą, jos taip pat sukelia netinkamos sukamosios lankstumo problemas, kurių niekas iš tikrųjų nenori. Žvilgtelėkite į šalia esančią lentelę, kad tiksliai pamatytumėte, kas struktūriškai skiria šiuos skirtingus požiūrius.

Tikslūs matavimai: pakartojamumas mažesnis nei milimetras prieš kampinę skiriamąją gebą ir atgalinio žingsnio poveikį

Skirtumas tikslumo tikrai išsiskiria, palyginant skirtingų rūšių judėjimą. Imkime robotų linijinį judėjimą - mes matuojame, kaip jis gali būti pakartotas tiesomis linijomis, dažnai iki milimetro tikslumo, maždaug 5 mikrometrai. Tai vyksta dėl tų kietų vadovaujančių bėgių ir grįžtamosios informacijos iš koderių. Tačiau yra ir problemų. Viskas tampa sudėtingiau, kai šiluma sukuria srautą kulkiniuose varžtuose, o patys vadovai šiek tiek sulenkia, kai taikomi dideli krūvimai. Kai mes žiūrime į sukimosi sistemas, mes kalbame apie kampus. Šios sistemos gali aptikti pokyčius, mažus kaip arkos sekundė, bet susiduria su dideliu iššūkiu, vadinamu "priešinke". Pagalvokite apie tai kaip apie pusės laipsnio tarpsnį, kur pavaros nesideda puikiai, todėl jos vėluoja, kai krypties pokyčiai vyksta greitai. Kai kurie aukštos kokybės mažintuvai padeda išspręsti šią problemą, nors jie tikrai turi savo kainą. Medicininiai lazerio derinimo darbai rodo, kiek geriau veikia linijinės sistemos, palyginti su jų sukimosi sistemomis. Remiantis naujausiais 2023 metų tyrimais puslaidininkių gamyboje, linijinės sistemos maždaug tris kartus geresnės už sukimosi sistemas, kiek tai susiję su tuo, kur jos iš tikrųjų nukreiptos.

Robotų tiesiaeigis judėjimas prieš susvyravimą ir sąnarišką judėjimą: naudojimo atvejų pritaikymas ir apribojimai

Kada tiesiaeigis judėjimas yra pranašesnis: aukštos tikslumo pozicionavimo, pakėlimo ir padėjimo bei matavimo taikymai

Robotų tiesiaeigis judėjimas vyrauja situacijose, kur reikalinga mikronų lygio kelių tikslumo, o osciliuojančios ir sąnariškos sistemos pralaimi trijuose esminiuose aspektuose:

• Tikslus gamybos procesas , kur tiesiaeigės trajektorijos reikalauja pakartojamumo mažiau nei 0,1 mm – ypač puslaidininkių plokštelių tvarkymo ir optinių komponentų surinkimo metu
• Greitasis pakėlimas ir padėjimas , kur tiesiaeigės ašys sumažina pagreitinimu sukeltą virpesį, leisdamos >200 ciklų/min su nuolatine krovinio padėtimi
• Matavimo patvirtinimas , kur lazeriniai interferometrai ir koordinačių matavimo mašinos (CMM) reikalauja virpesių neturinčio tiesiaeigio judėjimo matavimų tikrumui užtikrinti

Šie taikymai pasinaudoja tiesiaeigių sistemų pranašumu – pašalinant sukimosi klaidas, būdingas sukimosi sąnariams.

Įprasti apribojimai: ribotas orientacijos valdymas ir darbinės erdvės lankstumas

Nors puikiai susitvarko su tiesiaeigėmis užduotimis, robotų tiesiaeigis judėjimas turi būdingų kompromisų:

• Orientacijos apribojimai apriboja galinio įrenginio (end-effector) reguliavimą tik 1–2 ašimis priešingai nei šarnyriniai rankai, kurios siūlo 6 laisvės laipsnius (DoF) – todėl sudėtingos suvirinimo trajektorijos arba išlenktų paviršių apdorojimas yra netikslingas
• Darbo erdvės standumas apriboja veiksmus iš anksto nustatytose stačiakampėse zonose, skirtingai nuo šarnyrinių robotų, kurie prisitaiko prie netolygių išdėstymų dėl sukamųjų sąnarių konfigūracijų
• Perkonfigūravimo kliūtys reikalauja fizinio kelio bėgių perstatymo užduočių keitimui, tuo tarpu svyruojančios sistemos pasiekia greitą perkėlimą naudodamos programuojamas svyravimo judesio trajektorijas

Šie apribojimai daro šarnyrines alternatyvas pageidautinas dinamiškose aplinkose, kur reikalinga užduočių lankstumas.