Ako ste ikad gledali tvorničku tekuću traku, stanicu za rukovanje materijalom ili malu proizvodnu ćeliju kako precizno pomiču dijelove, velika je vjerojatnost da iza toga stoji 3-osni servo robot. Ovi kompaktni, pouzdani roboti su radni konji za mnoge operacije, cijenjeni zbog svoje jednostavnosti, pristupačnosti i dosljedne izvedbe. Ali ako kupujete jedan - ili želite nadograditi svoje trenutne postavke - jedno pitanje koje se gotovo uvijek pojavljuje je: Koliki je kapacitet nosivosti svake osi servo robota s 3 osi?
Kao dobavljač ovih robota, ovo pitanje dobivam gotovo svaki dan. Nije trivijalan. Pogrešno izračunavanje nosivosti, posebno za pojedinačne osi, uobičajena je pogreška koja dovodi do preranog trošenja, zastoja ili čak oštećenja dijelova. Tijekom godina radio sam sa svima, od malih startup tvornica strojeva do velikih proizvođača automobilskih komponenti, i iz prve sam ruke vidio kako pravilno opterećenje svake osi produžuje ili skraćuje životni vijek robota.
Prvo, vratimo se malo unazad kako bismo bili sigurni da smo svi na istoj stranici: servo robot s 3 osi ima tri primarne osi kretanja, koje se gotovo uvijek nazivaju osi ramena, lakta i zapešća. Neki ljudi miješaju pojmove, ali za potrebe nosivosti, najlakše je zamisliti svaku os kao zglob koji pokreće određeni dio robotove ruke. Osnovna os (često se naziva os J1) okreće cijelu ruku lijevo i desno, os ramena (J2) podiže i spušta nadlakticu, os lakta (J3) produžuje ili uvlači podlakticu, a na nekim malim dizajnima s 3 osi, zglob bi mogao biti pojednostavljen na fiksni krajnji efektor, a ne na rotirajući zglob. Čekaj – zapravo, dopustite mi da to pojasnim: neki dobavljači računaju samo tri glavna zgloba, tako da su J1, J2, J3 i rukohvat krajnjeg efektora zaseban alat, a ne os. To je ključna razlika jer mijenja način na koji mjerimo opterećenje.
Kapacitet nosivosti nije jedinstveni broj za cijelog robota - različit je za svaku os i ovisi o nekoliko čimbenika: duljini svakog segmenta ruke, brzini kojom se krećete, težini krajnjeg efektora (kao što su hvataljke ili usisne čašice), pa čak i o tome koliko često pokrećete i zaustavljate robota. Na primjer, robot koji sporo pomiče teški dio imat će veće efektivno opterećenje od robota koji pomiče isti dio punom brzinom, jer ubrzanje i usporavanje dodaju snagu zglobovima.
Raščlanimo svaku os na temelju standardnih servo robota s 3 osi koje ovdje isporučujemo.
Počevši od osi J1 - osnovne osi, koja rotira cijelu robotsku ruku vodoravno. Ovo je "rame" baze i odgovorno je za podupiranje pune težine nadlaktice, podlaktice, krajnjeg efektora i bilo kojeg tereta koji se nosi. Dakle, to je os s najvećim kapacitetom nosivosti, zar ne? Ne uvijek, zapravo. Čekaj, ne, budimo precizni. Za većinu robota s 3 osi dizajniranih za rukovanje materijalom i jednostavnu montažu, os J1 napravljena je za rukovanje ukupnim korisnim teretom pri potpunom istezanju ruke. Ako vaš robot ima maksimalni domet od 1 metra, a vi ruku ispružite do kraja, J1 mora podnijeti to puno opterećenje, plus okretni moment poluge poluge koju stvara produljena duljina. Uobičajena pogreška koju kupci čine jest mišljenje: "Ako moj dio ima 5 kg, svaka osovina može podnijeti 5 kg." Ali to uopće nije istina. Os J1, kada je ruka potpuno ispružena, mora se oduprijeti ne samo dijelu od 5 kg, već i sili te težine koja se povlači prema van dok rotira. Zato, za naš standardni servo robot s 3 osi, J1 os ima nosivost između 10 kg i 20 kg, ovisno o modelu. Ali to je u punom dosegu. Ako radite na pola maksimalnog dosega, J1 može podnijeti čak i više - do 30 kg na nekim od naših modela za teže uvjete.
Sljedeća je os J2, os ramena koja podiže i spušta nadlakticu. Ova je os odgovorna za podupiranje donjeg dijela ruke, podlaktice i tereta, ali ne mora se oduprijeti punom momentu horizontalne rotacije kao J1. Umjesto toga, mora se nositi s okomitim opterećenjem dok se ruka pomiče gore-dolje. Njegov kapacitet opterećenja je malo niži od J1 za većinu radnih raspona. Na primjer, pri srednjem istezanju ruke, J2 os obično može podnijeti između 8 kg i 15 kg. Kompromis je ovdje brzina: ako brzo pomičete ruku između položaja, J2 mora generirati više okretnog momenta kako bi ubrzao to kretanje prema gore/dolje, tako da njegova efektivna nosivost pada pri većim brzinama. Zato uvijek savjetujemo kupcima da usklade brzinu svog robota s njihovim zahtjevima za opterećenje - pokretanje robota maksimalnom brzinom s skoro maksimalnim opterećenjem dovest će do preranog trošenja ležaja u J2 osi, što znači skupe popravke u nastavku.
Zatim tu je os J3, os lakta koja produžuje i uvlači podlakticu. Ovo je os koja ima najmanji kapacitet nosivosti od tri glavne osi i često se najviše zanemaruje. Os J3 podržava samo težinu podlaktice, krajnjeg efektora i tereta kada je ruka potpuno ispružena ili uvučena. Budući da je podlaktica poluga, kada ispružite podlakticu do kraja, J3 se mora oduprijeti silama savijanja s kraja ruke. Njegova nosivost je obično između 5 kg i 10 kg, opet ovisno o modelu i radnom rasponu. Ono što ovu os čini nezgodnom je to što je najbliža kraju ruke, pa čak i mali preopterećeni dio ovdje može uzrokovati značajan stres na zglobu. Sjećam se kupca prije nekoliko godina koji je kupio robota s 3 osi za pomicanje malih metalnih otisaka. Utovarivao je dijelove na samom vrhu ispružene podlaktice i neprestano je lomio mjenjač J3 u roku od šest mjeseci. Ispostavilo se da je stavljao dijelove od 8 kg na os procijenjenu na samo 5 kg, jer nije shvatio da je kapacitet J3 manji od ostala dva. Nakon što je prešao na model s većim kapacitetom J3, vrijeme prekida rada palo je gotovo na nulu.
Sada, razgovarajmo o čimbenicima koji mijenjaju ove brojke, jer oni nisu uklesani u kamen. Prvo, duljina ruke. Imamo modele s dosegom od 500 mm, dosegom od 800 mm, pa čak i duže - iako za primjene većeg dosega, mnogi kupci prelaze na robote s više osi kao što su servo roboti s 5 osi, koji nude veću preciznost za produženi rad. Čekaj, kad smo već kod toga, ako tvoja aplikacija zahtijeva veću fleksibilnost od one koju mogu ponuditi 3 osi, naša linija s 5 osi odlična je opcija, uključujući 5-osni servo robot opće namjene i petoosni AC servo pogonski manipulator koji su napravljeni za veća opterećenja i složenije staze. Drugi faktor je krajnji efektor. Pneumatska hvataljka može težiti 1 kg, dok prilagođena hidraulička hvataljka može biti 5 kg, a ta se težina mora dodati korisnom teretu prilikom izračuna opterećenja svake osi. To je nešto što uvijek provjeravamo kada citiramo robota: tražimo težinu alata koji koristite, kako bismo u skladu s tim mogli prilagoditi svoje preporuke za kapacitet.
Brzina je još jedan veliki faktor. Sve naše ocjene nosivosti temelje se na standardnim radnim brzinama za kontinuiranu upotrebu. Ako robota pokrećete brzinom od 100% cijeli dan, svaki dan, trebali biste smanjiti svoj stvarni teret za 15-20% kako biste produžili vijek trajanja robota. Ako ga koristite za sporije, preciznije operacije, možete se približiti nazivnom kapacitetu. Također, radni ciklus - koliko često zaustavljate i pokrećete robota. Primjene s vrlo čestim vremenima ciklusa (poput biranja i postavljanja dijelova svake 2 sekunde) stavljaju više opterećenja na sve osi, tako da su niža opterećenja ovdje bolja.
Često me pitaju: "Postoji li način za nadogradnju robota s 3 osi ako trebam veću nosivost?" Kratak odgovor je: ne obično, jer su motor, mjenjač i ležajevi svake osovine dimenzionirani za specifično opterećenje. Zato je od ključne važnosti ispraviti prvi put. Ako imate posla s velikim teretima ili aplikacijama koje zahtijevaju pomične dijelove daleko od baze, 3 osi možda neće najbolje odgovarati, a dobit ćete bolju izvedbu s modelom s dužim krakom ili dizajnom s više osi. Na primjer, ako trebate posegnuti preko velikog radnog područja, naš profesionalni superdugi manipulator duljine ruke napravljen je za produženi doseg uz održavanje dosljedne nosivosti.
Mnogi se ljudi također pitaju kakvi su roboti s 3 osi u usporedbi s drugim vrstama. Za aplikacije s velikim opterećenjem, poput premještanja dijelova od 50 kg i više, paralelni robot mogao bi biti opcija, ali oni su bolji za vrlo brze, lagane terete. Servo roboti s 3 osi postižu dobru ravnotežu između nosivosti, cijene i jednostavnosti, zbog čega su tako popularni. Lakše ih je programirati od robota s 5 osi i kompaktniji su od većih industrijskih ruku za male do srednje radne ćelije. Naravno, ako vaše potrebe porastu, imamo i liniju robota za tlačno lijevanje s 5 osi dizajniranu za teške, brze operacije tlačnog lijevanja, koji mogu podnijeti daleko veća ukupna opterećenja od naših standardnih modela s 3 osi.
Evo savjeta koji sam naučio tijekom godina rada s kupcima: nemojte gledati samo ukupnu nosivost robota – pogledajte individualnu nosivost svake osi, posebno za J3 os. Većina proizvođača navodi ukupnu nosivost na listu sa specifikacijama robota, ali ne raščlanjuju kapacitet po osi, što je ono što vam je zapravo potrebno za dugoročnu pouzdanost. U našoj tvrtki uvijek pružamo potpunu analizu nosivosti svake osi, zajedno s dosegom, brzinom i drugim specifikacijama, tako da naši kupci ne budu zatečeni nespremni.
Još jedna uobičajena pogreška je pogrešna procjena momentne ruke. Krak momenta je udaljenost od osi do težišta tereta. Na primjer, ako imate dio od 10 kg na kraju podlaktice od 800 mm, moment je 10 kg * 0,8 m = 8 kg·m, što je velika sila na J3 osi. Ako pomaknete taj isti dio do pola duž podlaktice, moment pada na 10 kg * 0,4 m = 4 kg·m, tako da os J3 to može lako podnijeti. Zato je razumijevanje položaja vašeg tereta u odnosu na svaku os jednako važno kao i poznavanje težine tereta.
Ako još uvijek niste sigurni koja nosivost vam je potrebna za svaku os, najbolje je da se obratite našem timu. Pomogli smo stotinama kupaca u odabiru pravog servo robota s 3 osi (ili nadogradnje na model s više osi) na temelju njihove specifične primjene, nosivosti, dosega i zahtjeva za brzinom. Na primjer, kupac u elektroničkoj industriji mogao bi trebati mali robot s 3 osi s kapacitetom od 5 kg J1 za rukovanje tiskanim pločama, dok bi kupac u metalnoj štancanju mogao trebati teži model J1 od 20 kg za pomicanje velikih otisaka. Također radimo s klijentima na prilagođavanju postavki ako se njihove potrebe s vremenom promijene, a nudimo i podršku za integraciju krajnjih efektora i drugih komponenti.
Također bih trebao spomenuti da nosivost nije jedini čimbenik pri odabiru servo robota s 3 osi. Preciznost, ponovljivost, energetska učinkovitost i jednostavnost programiranja su važni, ali nosivost je temelj. Robot koji može doseći sva prava mjesta, kretati se brzo i lako ga je programirati beskoristan je ako se pokvari jer ste preopteretili J3 os.
Dopustite mi da završim ovo brzim rezimeom kako bih bio siguran da je jasno: za standardne servo robote s 3 osi, svaka os ima različit kapacitet opterećenja, pri čemu je J1 (bazna) os najjača, a slijedi je J2 (rame), zatim J3 (lakat) kao najslabija. Ovi se brojevi mijenjaju ovisno o duljini ruke, brzini, težini krajnjeg efektora i koliko je teret udaljen od osi. Uvijek je bolje podcijeniti svoje potrebno opterećenje i ići malo više nego što mislite da trebate, umjesto gurati robota do njegovih granica, što će dovesti do više održavanja i zastoja.
Ako ste na tržištu za servo robota s 3 osi ili ako razmišljate o nadogradnji na višeosno rješenje za teže ili fleksibilnije primjene, tu smo da vam pomognemo. Naš tim vas može provesti kroz specifikacije, odgovoriti na pitanja o nosivosti po osi i pomoći vam pronaći pravog robota za vaše operacije. Bez obzira trebate li mali model opće namjene ili specijalizirani robot za određenu industriju, imamo opcije koje zadovoljavaju vaše potrebe.
Reference:
- Industrijski roboti: nosivost i izvedba osi, Udruga industrije robotike, 2022.
- Dizajn servo robota: izračuni zakretnog momenta i opterećenja, Strojarski časopis, svezak 15, broj 3, 2021.
- Primjene robota za rukovanje materijalom: Uobičajene zablude o nosivosti, časopis za proizvodno inženjerstvo, 2023.
- Specifikacije performansi za industrijske robote, ISO 10218-1:2011
Ako želite razgovarati o svojim zahtjevima za opterećenje, potrebama primjene ili zatražiti prilagođenu ponudu, kontaktirajte naš tim za stručne upute o odabiru pravog 3-osnog servo robota za vaše operacije.