Ako ste ikada gledali fabričku montažnu liniju, stanicu za rukovanje materijalom ili malu proizvodnu ćeliju kako precizno pomiču dijelove, velike su šanse da je iza posla stajao 3-osni servo robot. Ovi kompaktni, pouzdani roboti su radni konji mnogih operacija, cijenjeni zbog svoje jednostavnosti, pristupačnosti i dosljednih performansi. Ali ako kupujete jedan ili želite da nadogradite svoje trenutno podešavanje, jedno pitanje koje se skoro uvek pojavljuje je: Koliki je kapacitet nosivosti svake ose 3-osnog servo robota?
Kao dobavljač ovih robota, dobijam ovo pitanje skoro svaki dan. To nije trivijalno. Pogrešan proračun nosivosti, posebno za pojedinačne osovine, uobičajena je greška koja dovodi do preranog trošenja, zastoja ili čak oštećenih dijelova. Tokom godina radio sam sa svima, od malih startup mašina do velikih proizvođača automobilskih komponenti, i video sam iz prve ruke kako pravilno opterećenje svake osovine produžava ili prekida životni vek robota.
Prvo, vratimo se malo unazad kako bismo bili sigurni da smo svi na istoj stranici: 3-osni servo robot ima tri primarne ose kretanja, koje se skoro uvijek nazivaju osa ramena, lakta i zgloba. Neki ljudi miješaju pojmove, ali za potrebe nosivosti, najlakše je zamisliti svaku os kao zglob koji pomiče određeni dio robotove ruke. Osnovna os (koja se često naziva osa J1) rotira cijelu ruku lijevo i desno, os ramena (J2) podiže i spušta nadlakticu, os lakta (J3) proteže ili uvlači podlakticu, a na nekim malim dizajnom s 3 ose, ručni zglob bi mogao biti pojednostavljen na krajnji efekat nego fiksiran. Čekajte, zapravo, dozvolite mi da pojasnim to: Neki dobavljači računaju samo tri glavne artikulacije, tako da je J1, J2, J3 i hvataljka krajnjeg efektora poseban alat, a ne os. To je ključna razlika jer mijenja način na koji mjerimo opterećenje.
Kapacitet nosivosti nije jedinstven broj za čitavog robota - različit je za svaku osovinu i ovisi o nekoliko faktora: dužini svakog segmenta ruke, brzini kojom se krećete, težini krajnjeg efektora (kao što su hvataljke ili usisne čaše), pa čak i koliko često pokrećete i zaustavljate robota. Na primjer, robot koji polako pomiče teški dio imat će veće efektivno opterećenje od robota koji isti dio pomiče punom brzinom, jer ubrzanje i usporavanje dodaju snagu zglobovima.
Hajde da raščlanimo svaku osu, na osnovu standardnih 3-osnih servo robota koje isporučujemo ovde.
Počevši od osi J1-osnovne ose, koja rotira cijelu robotsku ruku horizontalno. Ovo je "rame" baze i odgovorno je za podržavanje pune težine nadlaktice, podlaktice, krajnjeg efektora i bilo kakvog tereta koji se nosi. Dakle, to je os sa najvećim kapacitetom nosivosti, zar ne? Ne uvek, zapravo. Čekaj, ne, budimo precizni. Za većinu troosnih robota dizajniranih za rukovanje materijalom i jednostavnu montažu, os J1 je napravljena da podnese ukupnu nosivost pri punom istezanju ruke. Ako vaš robot ima maksimalni doseg od 1 metar, a vi ispružite ruku do kraja, J1 mora podržati to puno opterećenje, plus obrtni moment od ruke poluge stvoren produženom dužinom. Česta greška koju kupci prave je razmišljanje: "Ako je moj dio 5 kg, svaka os može podnijeti 5 kg." Ali to uopšte nije istina. Os J1, kada je ruka potpuno ispružena, mora izdržati ne samo dio od 5 kg, već i silu te težine koja povlači prema van dok se rotira. Zbog toga, za naš standardni troosni servo robot, os J1 ima nosivost između 10 kg i 20 kg, ovisno o modelu. Ali to je na dohvat ruke. Ako radite na pola maksimalnog dosega, J1 može podnijeti čak i više – do 30 kg na nekim od naših težih modela.
Sljedeća je os J2, os ramena koja podiže i spušta nadlakticu. Ova os je odgovorna za podupiranje donjeg dijela ruke, podlaktice i nosivosti, ali ne mora odolijevati punom momentu horizontalne rotacije kao J1. Umjesto toga, mora podnijeti vertikalno opterećenje dok se ruka pomiče gore-dolje. Njegova nosivost je nešto niža od J1 za većinu radnih opsega. Na primjer, pri srednjem produženju ruke, os J2 obično može podnijeti između 8 kg i 15 kg. Kompromis ovdje je brzina: ako brzo pomičete ruku između položaja, J2 mora generirati više obrtnog momenta da ubrza to kretanje gore/dolje, tako da njegova efektivna nosivost opada pri većim brzinama. Zbog toga uvijek savjetujemo kupce da brzinu svog robota prilagode njihovim zahtjevima za opterećenje - pokretanje robota maksimalnom brzinom s opterećenjem skoro maksimalnim će dovesti do preranog trošenja ležaja na J2 osi, što znači skupe popravke u nastavku.
Zatim je tu J3 osa, os lakta koja se proteže i uvlači podlakticu. Ovo je os koja ima najmanji kapacitet nosivosti od tri glavne ose i često se najviše zanemaruje. Os J3 podržava samo težinu podlaktice, krajnjeg efektora i nosivost kada je ruka potpuno ispružena ili uvučena. Pošto je podlaktica poluga, kada ispružite podlakticu do kraja, J3 mora da se odupre silama savijanja sa kraja ruke. Njegova nosivost je obično između 5 kg i 10 kg, opet ovisno o modelu i radnom rasponu. Ono što ovu osovinu čini nezgodnom je to što je najbliža kraju ruke, tako da čak i mali preopterećeni dio ovdje može uzrokovati značajan stres na zglobu. Sjećam se jednog kupca prije nekoliko godina koji je kupio robota s 3 osovine za pomicanje malih metalnih pečata. Utovarao je dijelove na sam vrh ispružene podlaktice, a u roku od šest mjeseci nastavio je lomiti mjenjač J3. Ispostavilo se da je stavljao dijelove od 8 kg na osovinu za samo 5 kg, jer nije shvatio da je kapacitet J3 manji od druge dvije. Kada je prešao na model sa većim kapacitetom J3, vrijeme zastoja mu je palo gotovo na nulu.
Sada, hajde da razgovaramo o faktorima koji menjaju ove brojeve, jer oni nisu uklesani u kamen. Prvo, dužina ruke. Imamo modele sa dometom od 500 mm, dometom od 800 mm, pa čak i dužim - iako za aplikacije sa dužim dometom, mnogi kupci prelaze na višeosne robote kao što su 5-osni servo roboti, koji nude veću preciznost za produženi rad. Čekajte, kad smo već kod toga, ako vaša aplikacija zahtijeva više fleksibilnosti nego što 3 osi mogu ponuditi, naša 5 osna linija je odlična opcija, uključujući 5 osni servo robot opće namjene i petoosni AC servo manipulator koji su napravljeni za veća opterećenja i složenije staze. Drugi faktor je krajnji efektor. Pneumatska hvataljka može težiti 1 kg, dok prilagođena hidraulična hvataljka može biti 5 kg, a ta težina se mora dodati nosivosti prilikom izračunavanja opterećenja svake ose. To je nešto što uvijek provjeravamo kada citiramo robota: tražimo težinu alata koji koristite, tako da možemo u skladu s tim prilagoditi naše preporuke za kapacitet.
Brzina je još jedna velika. Sve naše ocjene nosivosti temelje se na standardnim radnim brzinama za kontinuiranu upotrebu. Ako pokrećete robota sa 100% brzine cijeli dan, svaki dan, trebali biste smanjiti stvarnu nosivost za 15-20% kako biste produžili život robota. Ako ga koristite za sporije, precizne operacije, možete se približiti nazivnom kapacitetu. Također, radni ciklus – koliko često zaustavljate i pokrećete robota. Aplikacije s vrlo čestim periodima ciklusa (kao što je branje i postavljanje dijelova svake 2 sekunde) stavljaju više naprezanja na sve osi, tako da su manja opterećenja ovdje bolja.
Često me pitaju: "Postoji li način da se nadogradi 3-osni robot ako mi treba veći kapacitet opterećenja?" Kratak odgovor je: ne obično, jer su motor, mjenjač i ležaj svake osovine dimenzionirani za određeno opterećenje. Zato je ključno da se to ispravi iz prvog puta. Ako imate posla s teškim teretom ili aplikacijama koje zahtijevaju pokretne dijelove daleko od baze, 3 ose možda neće najbolje odgovarati, a vi ćete dobiti bolje performanse od modela s dužom rukom ili višeosnog dizajna. Na primjer, ako trebate dosegnuti preko velikog radnog područja, naš profesionalni manipulator super duge ruke je napravljen za produženi doseg uz održavanje dosljednog kapaciteta opterećenja.
Mnogi ljudi se također pitaju kako se roboti s 3 ose u usporedbi s drugim tipovima. Za primjene s vrlo velikim opterećenjem, poput pomicanja dijelova od 50 kg+, paralelni robot bi mogao biti opcija, ali oni su bolji za vrlo brza, lagana tereta. 3-osni servo roboti postižu dobar balans između nosivosti, cijene i jednostavnosti, zbog čega su tako popularni. Lakše ih je programirati od robota s 5 osa i kompaktniji su od većih industrijskih krakova za male i srednje radne ćelije. Naravno, ako vaše potrebe rastu, imamo i 5-osnu liniju robota za livenje pod pritiskom dizajniranu za teške operacije livenja pod pritiskom, koje mogu podnijeti daleko veća ukupna opterećenja od naših standardnih 3-osnih modela.
Evo savjeta koji sam naučio tokom godina rada s kupcima: nemojte samo gledati ukupnu korisnu nosivost robota – pogledajte individualni kapacitet opterećenja svake ose, posebno za osovinu J3. Većina proizvođača navodi ukupnu nosivost na specifikaciji robota, ali oni ne razbijaju kapacitet po osi, što vam je zapravo potrebno za dugoročnu pouzdanost. U našoj kompaniji uvijek pružamo potpunu analizu nosivosti svake osovine, zajedno sa dosegom, brzinom i drugim specifikacijama, tako da naši kupci ne budu zatečeni nespremni.
Još jedna uobičajena greška je pogrešna procjena momenta ruke. Krak momenta je udaljenost od ose do centra gravitacije tereta. Na primjer, ako imate dio od 10 kg na kraju podlaktice od 800 mm, moment je 10 kg * 0,8m = 8 kg·m, što je velika sila na osi J3. Ako taj isti dio pomjerite na pola puta duž podlaktice, trenutak pada na 10kg * 0,4m = 4 kg·m, tako da os J3 može to lako podnijeti. Zato je razumevanje položaja vašeg tereta u odnosu na svaku osu jednako važno kao i poznavanje težine tereta.
Ako još uvijek niste sigurni koja nosivost vam je potrebna za svaku osovinu, najbolje je da se obratite našem timu. Pomogli smo stotinama kupaca da odaberu pravog 3-osnog servo robota (ili nadogradnje na model sa više osa) na osnovu njihove specifične primjene, nosivosti, dosega i zahtjeva za brzinom. Na primjer, kupcu u elektronskoj industriji može biti potreban mali troosni robot sa 5 kg J1 kapaciteta za rukovanje štampanim pločama, dok bi korisniku u štancanju metala mogao trebati teži model J1 od 20 kg za premještanje velikih štancanih ploča. Takođe radimo sa klijentima na prilagođavanju podešavanja ako se njihove potrebe promene tokom vremena, i nudimo podršku za integraciju krajnjih efektora i drugih komponenti.
Treba napomenuti i da nosivost nije jedini faktor pri odabiru 3-osnog servo robota. Preciznost, ponovljivost, energetska efikasnost i lakoća programiranja su važni, ali nosivost je temelj. Robot koji može doći do svih pravih mjesta, brzo se kreće i koji se lako programira je beskoristan ako se pokvari jer ste preopteretili os J3.
Dozvolite mi da ovo završim sa kratkim rezimeom kako bih bio siguran da je jasno: Za standardni 3-osni servo robot, svaka os ima različitu nosivost, pri čemu je osa J1 (osnovna) najjača, praćena J2 (rame), zatim J3 (lakat) kao najslabija. Ovi brojevi se mijenjaju na osnovu dužine ruke, brzine, težine krajnjeg efektora i udaljenosti tereta od ose. Uvijek je bolje podcijeniti vaše potrebno opterećenje i ići malo više nego što mislite da vam je potrebno, umjesto da gurate robota do njegovih granica, što će dovesti do više održavanja i zastoja.
Ako ste na tržištu za 3-osni servo robot, ili ako razmišljate o nadogradnji na višeosno rješenje za teže ili fleksibilnije aplikacije, mi smo tu da vam pomognemo. Naš tim može vas provesti kroz specifikacije, odgovoriti na pitanja o nosivosti po osi i pomoći vam da pronađete pravog robota za vaše operacije. Bilo da vam je potreban mali model opće namjene ili specijalizirani robot za određenu industriju, imamo opcije koje zadovoljavaju vaše potrebe.
Reference:
- Industrijski roboti: nosivost i performanse osovine, Udruženje robotičke industrije, 2022.
- Dizajn servo robota: Proračun obrtnog momenta i opterećenja, časopis za mašinstvo, svezak 15, broj 3, 2021.
- Primjena robota za rukovanje materijalima: uobičajene zablude o nosivosti, časopis Manufacturing Engineering, 2023.
- Specifikacije performansi za industrijske robote, ISO 10218-1:2011
Ako želite razgovarati o vašim zahtjevima za opterećenje, potrebama aplikacije ili zatražiti prilagođenu ponudu, kontaktirajte naš tim za profesionalno vodstvo o odabiru pravog 3-osnog servo robota za vaše operacije.