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笛卡尔机器人的三个重要设计考虑

通过丹尼尔•柯林斯|7月3日,2020年

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如果您的申请要求a笛卡尔机器人,您有各种各样的选择,具体取决于您想要进行的集成程度。虽然预先设计的笛卡尔机器人随着制造商扩大他们的产品范围以适应更广泛的性能标准,一些应用仍然需要建立自己的笛卡尔系统-例如,满足特殊的环境条件或满足高度专业化的性能要求集。

笛卡儿的机器人

笛卡儿机器人几乎可以在任意X、Y和Z轴组合中使用。
这里有几个来自IAI的3轴笛卡尔系统的例子。

但是“构建自己的”并不一定意味着“从头开始构建”。举个例子:笛卡尔机器人的关键部件——线性执行器——有很多配置,所以几乎没有必要从头开始构建执行器。许多直线驱动器制造商提供连接套件和安装支架,使从目录规格的驱动器组装自己的笛卡尔系统相对简单的练习。

但是,确定基本布局和选择适当的线性执行器只是第一步。为避免以笛卡尔系统结束,该系统不会履行应用要求或不适合预期的足迹,请记住以下考虑 - 特别是在设计阶段。


系统配置

当设计一个笛卡尔机器人时,首先要指定的是轴的配置,不仅要实现必要的运动,而且要确保系统有足够的刚度,这可以影响承载能力、行走精度和定位精度。事实上,一些需要在笛卡尔坐标系中移动的应用程序最好使用龙门式机器人尤其是当Y轴需要较长的行程,或者笛卡尔坐标系会在其中一个轴上施加较大的力矩载荷时。在这种情况下,龙门系统的双x轴或双y轴可能是必要的,以防止过度偏转或振动。

如果笛卡尔系统是最佳解决方案,则下一个设计选项通常是执行器的驱动单元 - 具有最常见的选择是带,螺钉或气动驱动系统。并且,无论驱动系统如何,线性致动器通常都具有单个线性引导或双线性导向器。

绝大多数Cartesian机器人使用双指南配置,因为它提供更好的支持(时刻)载荷 - 但具有双线性引导件的轴将具有比具有单线导轨的轴更宽的占地面积。另一方面,双导向系统通常短(在垂直方向上),这可以防止干扰机器的其他部件。关键是,您选择的轴的类型不仅影响了笛卡尔系统的性能,它也会影响整体占地面积。

龙门式机器人

长冲程 - 特别是在Y轴上 - 可能导致笛卡尔机器人上的显着占高负荷。在这些情况下,龙门系统可能是更好的选择。
图片信用:Coord3


在思考系统的足迹时,请不要忘记需要合并的终结器或臂结束(EOA)工具。重要的是要在设计阶段考虑这一点,以确保工具等工具之间没有干扰,如夹具或分配头和笛卡尔系统的其他组件或机器本身。

笛卡儿的机器人

需要仔细计划笛卡尔机器人的布局 - 包括武术末端的工具,以确保轴或机器的其他部件之间没有干扰。
图片来源:Fisnar


有线电视管理

在笛卡尔机器人设计的早期阶段(或简单地推迟到设计的后期阶段),另一个经常被忽视的重要方面是电缆管理。每个轴需要多个电缆对于电源,空气(用于气动轴),编码器反馈(用于伺服驱动的笛卡尔),传感器和其他电气元件。当系统和组件集成到工业物联网(IIT)中时,连接它们的方法和工具变得更加重要。所有这些电缆,电线和连接器必须仔细路由和管理,以确保由于对系统其他部件的干扰过度弯曲或损坏,它们不会过早疲劳。

网络

现代工业网络实现了高度复杂、协调运动、安全集成以及机器和系统的远程监控。但这种连接也会使物理布线和连接变得更加复杂。集成电机驱动组合和智能网络和通信的选择可以降低这种复杂性。
图片信用:德州仪器

笛卡尔(以及SCARA和6轴)机器人使这种连接变得更加困难,因为轴既可以独立移动,也可以彼此同步。但有一件事可以帮助降低电缆管理的复杂性,那就是使用减少所需电缆数量的组件——例如,将电源和反馈集成到单个电缆中的电机,或集成电机驱动组合。

控制的类型和网络协议还可以影响所需电缆的类型和数量和电缆管理的复杂性。并不要忘记电缆管理系统 -电缆载体,托盘或外壳 - 将影响整个系统的尺寸,因此检查电缆管理系统与机器人和机器的其他部分之间的干扰很重要。


控制

笛卡儿的机器人

最紧凑的笛卡尔机器人使用集成的电动驱动组合来减少空间和布线。
图像信用:精确自动化

笛卡尔机器人是点对点移动的最佳解决方案,但它们也可以产生复杂的内插移动和轮廓运动。的类型的运动要求将有助于确定什么控制系统、网络协议、HMI和其他运动部件最适合该系统。尽管这些组件大部分都是与笛卡尔机器人的轴分开放置的,但它们会影响电机、电缆和其他轴上电气组件的需求。这些轴上组件将依次在前两个设计考虑因素中发挥作用:配置和电缆管理。

因此,设计过程是“一个完整的循环”,重申了设计一个笛卡尔机器人作为一个集成的机电单元的重要性,而不是一系列简单地连接到电气硬件和软件的机械部件。


提交:线性运动提示


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