将六轴机器人放置在直线轨道上,可以极大地扩展其延伸范围,使其能够处理不止一台机器,或将材料传递到更远的距离。例如,不再是三个机器人分别在不同的位置照管一台机器,而是一个在直线轨道上的机器人——也被称为第七轴——可能同时照管这三个机器,既省钱又提高效率。或者,一个轨道上的物料搬运机器人可以用中间交接位置取代多个机器人。

机器人单元的整体周期时间定义为产生单个单元所需的时间。有许多影响单元的循环时间的因素。

首先,工作单元的布局将对整体循环时间产生重大影响。机器人和其他设备的放置,例如机床,输送机和托盘架,应当按照操作顺序完成。

对于利用线性轴的工作单元,首先尝试最小化机器人必须沿着轨道移动到一个步骤和下一个轨道的距离。对于具有多个操作的工作单元,将每个操作放在尽可能接近以前的操作。

减少或去除不必要或过度的机器人运动是下一步。检查机器人运动路径中的中间点以确定是否可以减少或消除运动和旋转。

一些机器人控制器允许机器人运动的简单优化。例如,对于不需要精度的运动,将路径精度设置为粗的而不是细的,将增加机器人的速度。

凡允许,增加了加速,减速和速度设置,以自己的最高水平,除非这可能不利于有效载荷(如脆弱的,长的或大的部分)。这包括机器人运动和线性轴移动。(确保线性轴的加速度和速度设置在设计参数范围内。)

最后,尝试使机器人并行而不是依次执行操作。例如,机器人可以在接近运动期间打开末端执行器,而不是等待直到该运动已经完成。

从一个点到点移动

对于在轨道上行走的机器人来说,最小化操作之间的距离是减少整个周期时间的第一步。一旦完成这些操作,许多因素将决定机器人能够以多快的速度完成一系列操作。

托架运动简档描述了机器人托架随时间的速度和加速度。要从点A移动到点B,托架加速到某个速度,保持行驶速度为一定程度的时间,然后减速到停止。在速度时间图上,这看起来像梯形,所以这被称为“梯形”运动轮廓。如果行驶距离足够长 - 大于“临界距离” - 托架将达到其最大速度(或额定速度)。

这个最大速度是几个因素的函数,包括伺服电机的额定速度,齿轮箱的额定速度,和小齿轮大小。对于较长的轨迹,增加第7轴的最大速度可以显著减少单元格的循环时间。

确定最大速度

对于由齿条和小齿轮系统中,最大速度(V驱动的线性轴)通过小齿轮的有效节距半径(r简单地确定小齿轮)和最大角速度(w小齿轮),在那里它可以转弯。

V.= W.小齿轮x r小齿轮

在Güdel的线性轨道上,小齿轮间距为25.47毫米,用于模型TMF-1和TMF-2,33.96毫米,用于TMF-3的23.96毫米,42.44毫米用于TMF-4。

每个变速箱都具有最大允许输入速度。对于GüdelAE060变速箱(用于TMF-1和TMF-2),这是6,000 rpm。对于AE090(TMF-3)和AE120(TMF-4)齿轮箱,它为4,500rpm。此外,每个齿轮箱的比例可从2-1到24至1到1。除以最大输入速度(W输入)的齿轮传动比(i)将提供最大输出速度(w输出),此时小齿轮可以转动。

W.输出= W.输入/一世

为了增加给定系统的最大速度,工程师应该选择较小的变速箱速比。(然而,这将对最大加速度的逆效应。)

因此,TMF-1,TMF-2和TMF-3的最大可能输出速度(使用2比1齿轮箱比和最大输入速度)为8米,为TMF为10米,每秒10米-4。但是,不建议以最大输入速度操作变速箱。而且,找到可以在这种高速提供所需扭矩的伺服电动机可能是有问题的,如果不是不可能的话。

因此,它是安全的假设,实际最大速度将不超过约那些理论值的60%〜70%。最后,请注意,选择小的变速箱比率(如2至1)将对最大可能加速度的负面影响。

确定最大加速度

确定运输的最大可能加速需要相当多的信息。根据牛顿的著名公式,加速平等的力除以质量。作用在托架上的力包括各种摩擦力,诸如辊子的滚动阻力和摩擦从导轨刮削器和润滑系统的小齿轮和齿条之间的两个力,以及。该系统的质量包括滑架本身,机器人,以及其他一切被连接到它,如电缆和连接器。此外,由于滑架包括旋转元件(辊,电动机轴,联接器,齿轮箱的元件,小齿轮),旋转动量和旋转摩擦也必须被分解成加速度的方程。

为了简单起见,让我们关注影响最大小车加速度的三个主要变量:机器人质量、伺服电机转矩和变速箱比。

对于大多数线性轨道系统,对大众最重要的贡献将是机器人。因此,选择可以执行所需任务的最小机器人对于最大化系统的加速至关重要。这也适用于附着在托架上的任何机器人提升板或有效载荷。整个系统打火机,可以越快地加速给定的应用力量。

广泛的伺服电机与变速箱Güdel兼容。每个电机有它自己的速度和转矩特性,通常是通过一个速度与扭矩曲线图所示。对于电动机,最大转矩将减小为一体的输出轴的速度增加。

伺服电机通常有一个“峰值”或间歇扭矩能力,以及额定扭矩能力,用于连续运行,给定的速度。电机可以在不过热的“连续”区域内无限期运行。因此,电机的均方根速度和转矩必须在连续区域内。

为了提高运输系统的加速度,选择具有高间歇额定扭矩伺服电机。(请记住,最大扭矩伺服电机不得超过变速箱耦合的最大额定扭矩,或打滑将发生。)

因为齿轮箱降低了从电机到小齿轮的旋转速度,所以它具有增加输出扭矩的效果(t输出)由对应的量。

T.输出= T.输入x我

因此,选择更高的齿轮箱比允许给定电动机速度的更高输出扭矩。然而,增加齿轮箱比具有降低最大速度的效果!在给定伺服电机的最大速度和最大加速度之间存在权衡。

平衡速度和加速度

什么是为特定的应用速度和加速度之间的理想权衡?在行程距离大于临界距离(dCR.),机器人滑架将在其最大速度达到峰值。临界距离为最大速度的函数(V最大限度)和系统加速度(a)。

D.CR.=(V.最大限度2/一种

对于移动距离小于该临界距离,其中所述机器人支架减速之前从未达到其最大速度,行进时间(t)是简单地距离(d)的函数和加速度(a)的速度。

T = 2 x√(d/a)

对于短距离,提高了最大速度对出行时间没有效果!因此,当行驶距离足够短,使得机器人没有达到其最大速度,以降低行驶时间的策略是通过选择具有更高的转矩的伺服电机或通过选择更高的变速箱比率以增加加速度。(请记住,最大加速度也可以通过减轻托架上的有效载荷提高,因此,寻找方法,以减少质量尽可能。)

对于高于临界距离的距离,行进时间(t)是距离(d),最大速度(V最大限度)和加速度(a)。

t =(d / v最大限度) + (V最大限度/一种)

对于临界距离以上的旅行距离,这个方程的第一个分量将是旅行时间中较大的因素。因此,一旦超过了临界距离,减少循环时间的第一个策略是通过选择一个更大的最大额定转速或更低的变速箱比的伺服电机来增加最大速度。一旦尝试增加最大速度,进一步的周期时间可以通过增加加速度来实现。

工作流调度

对于在每个部分执行多于一个操作的机器人单元,几种选择可以影响循环时间。首先,工程师必须决定是否实施前向或反向周期。其次,实现双夹钳而不是单个夹具可以大大减少循环时间。最后,必须确定同时执行每个操作的并联机器的数量以获得最佳效率。

在向前循环中,循环开始时所有机器都是空的。机器人从输入缓冲区中取出一个零件,将它运送到第一台机器,等待第一台机器完成,然后将零件运送到下一台机器,以此类推,直到所有过程完成,该零件被丢弃在输出缓冲区中。

在反向循环中,循环从所有机器开始,除了第一个完整。(第一台机器必须为空以接收传入部件。)机器人从输入缓冲区拾取一个原始部分并将其带到第一台机器。然后机器人向上一台机器行进,拾取完成的部分,并将其传输到输出缓冲区。然后机器人进入第二到最后一台机器,拾取完成的部分,并将其传送到最后一台机器。此过程继续,直到机器人返回开始。

反向循环允许更多的机器同时被零件占用,这提高了效率。但是,它增加了机器人每个部件所需的整体移动距离。

因此,对于单夹具机器人,当每台机器的处理时间总是小于机器人从该机器行进到下一个机器所需的时间时,前进周期是优选的。在所有其他情况下,反向循环更有效。

实现双夹具系统可以大大减少大多数系统的整体循环时间,其中机器处理时间大于机器人行程时间。双夹钳系统允许所有机器在每个周期的开头占用,并且它减少了每个部分的整体行程距离。循环从占用的所有机器开始,两个夹具都空。机器人用第一夹具从输入装置拾取零件,然后向第一台机器行进。

然后,该工具旋转以用空夹具拾取完成的部件。接下来,该工具再次旋转并从第一夹具中掉下新部件。

机器人然后行进到机器2号的工具旋转以拾取用空夹持器的成品部件,并旋转以再次关闭部分从第一机器滴。

这个过程会一直持续下去,直到机器人把一个完成的零件送到输出设备。然后返回起点,重新开始序列。

在一个操作需要比另一个操作长的情况下,可以通过并行地运行多于一个较慢的操作来增加单元的整体效率。例如,如果操作第1号需要每部10秒,但操作第2号需要30秒每部分,总是会有浪费的时间作为用于操作第2机器人等待完成,从而限制了系统的总容量。然而,通过添加执行较慢操作的额外机器,可以减少这种浪费的时间。