Stałe (na miejscu) systemy robotyczne są powszechnie określane jako roboty wieloosiowe, zaprojektowane do wykonywania precyzyjnych i wydajnych ruchów w określonym obszarze roboczym. Systemy te stanowią szkielet nowoczesnych urządzeń produkcyjnych i automatyki. W tych urządzeniach powtarzalność, prędkość i ładowność są kluczowymi czynnikami.
Typowe roboty obejmują roboty współpracujące (coboty), przegubowe ramiona robotyczne, selektywne adaptacyjne przegubowe ramiona robotyczne (SCARA) i mechanizmy trójkątne (równoległe), a także komputerowe sterowanie numeryczne (CNC) i tokarki bramowe. W zależności od wymagań różnych zastosowań roboty te można instalować na szynach, ścianach, sufitach, podłogach lub bezpośrednio integrować z maszynami produkcyjnymi, umożliwiając elastyczne wdrażanie procesów montażu, przenoszenia materiałów, pakowania, kontroli i przetwarzania.
Łącząc zaawansowaną elektronikę sterującą, precyzyjne czujniki i architekturę sterowania w czasie rzeczywistym, te stacjonarne platformy robotyczne zapewniają niezawodność, różnorodność, wszechstronność i precyzję niezbędną w inteligentnych, wzajemnie połączonych środowiskach produkcyjnych. Aby jednak zmaksymalizować zalety i wydajność tych systemów, projektanci muszą zrozumieć i zastosować najnowsze osiągnięcia w zakresie wykrywania ruchu, wykrywania położenia i obszaru, sterowania ruchem i technologii łączności.
W tym artykule zostaną pokrótce przedstawione wymagania projektowe zaawansowanych robotów. Następnie przedstaw przykładowe rozwiązania i powiązane zestawy narzędzi ewaluacyjnych dla urządzeń analogowych. Projektanci mogą używać tych zestawów do wdrażania tych systemów.
Wymagania projektowe dla zaawansowanych robotów
W porównaniu z robotami mobilnymi zaawansowane roboty stacjonarne (rysunek 1) różnią się dwiema różnicami: działają w stosunkowo stacjonarnym i ogólnie znanym środowisku i nie są ograniczone mocą baterii. Jednak nawet w stale zmieniających się warunkach pracy roboty stacjonarne muszą nadal charakteryzować się dużą szybkością działania i zachowaniem precyzji, powtarzalności i dokładności. Na przykład roboty te mogą wymagać podnoszenia paczek, które stale zmieniają się pod względem rozmiaru, kształtu, wagi, kierunku i położenia, a następnie dokładnego umieszczania ich na poruszającym się przenośniku taśmowym. W tym celu roboty te muszą być w stanie samodzielnie ocenić aktualną sytuację i dokonać dynamicznych korekt, jednocześnie stale obserwując środowisko pracy i otaczające go warunki.
Dobrze znane roboty stacjonarne
Rysunek 1: Dobrze znane i szeroko stosowane stacjonarne roboty przemysłowe charakteryzują się obecnie bardzo wysoką precyzją, dużą elastycznością i potężnymi możliwościami adaptacyjnymi. (Źródło obrazu: Analog Devices Inc.)
Aby spełnić te wymagania, konieczne jest staranne zintegrowanie następujących technologii: sterowanie ruchem efektora końcowego, technologia obrazowania czasu lotu (ToF) do percepcji otoczenia, inercyjna jednostka pomiarowa (IMU) do wykrywania ruchu oraz Gigabit Multimedia Serial Link (GMSL) w celu zapewnienia niezawodnej i szybkiej komunikacji.
1: Sterowanie ruchem ramienia robota z efektorem końcowym: Ramię robota pełni funkcję dłoni lub chwytaka, które można otwierać lub zamykać w razie potrzeby. Ramię robota musi użyć odpowiedniej siły, aby utrzymać niezawodną siłę zacisku bez uszkodzenia ładunku. Wymaga to od kierowcy silnika umiejętności precyzyjnej regulacji silnika, zapewniającej precyzyjną, spójną i stabilną pracę. Ze względu na ograniczoną wagę i przestrzeń dysk powinien być również lekki i kompaktowy.
Jednym z właściwych rozwiązań dla tego sterownika jest jednoosiowy serwonapęd TMCM-1617 (rysunek 2). Ten trójfazowy bezszczotkowy sterownik silnika prądu stałego (BLDC) waży 24 g i ma wymiary 36,8 mm x 26,8 mm x 11,1 mm i zapewnia prąd o natężeniu do 18 A RMS przy napięciu zasilania w zakresie od 8 V do 24 V.