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工业机器人里的大明星

2017/9/8    来源:e-works    作者:e-works  李璐      
关键字:工业机器人  

    四、如何选择

    选择机器人需要根据具体的应用场景,具体来说,可以从这几个方面来评估,包括工作的负载(load),方位(orientation),速度(speed),行程(travel),精度(precision),环境(environment)和占空比(duty cycle),有时称为LOSTPED参数。

    识别这些应用要求,可以有效地缩小机器人的选择范围。

    1.负载(load)

    在使用中,机器人的负载能力必须要大于机器人的有效载荷的总重量,包括各种夹持工具。通常情况下,机器人全速工作的负载为其最大负载的1/3~1/2。如果载荷的重量较大,如100KG,虽然最大型的SCARA机器人可以负担,但是最好的方式还是通过桁架机器人来处理。桁架机器人更适用于重量较重的物品的运输转移。

    除了考虑机器人的负载能力之外,还需要考虑精度。因为即使载荷在某些类型机器人的能力范围内,但是如果靠近其负载能力上限,也会需要额外的控制组件来保持精度。例如,拾取和放置50公斤物品在SCARA和桁架机器人的有效载荷范围内。但是,50公斤处于典型的SCARA负载能力的上限,因此需要更昂贵的控制和组件来处理扭矩。过大的重量容易使SCARA臂部发生偏转,从而降低机器人的重复定位精度,典型的SCARA机器人定位精度在0.1毫米以内。但是具有滚珠丝杠执行机构和隔离支撑轴承的桁架机器人可以重复地将50公斤和更重的载荷的定位精度保持在10微米以内。

    负载能力是衡量并联机器人的综合性能的三大关键指标之一,也是机器人企业技术实力的体现。从目前实际使用情况看,约70%正在服役的并联机器人负载在3kg及以下,实际使用中负载超过6kg的并联机器人占比不到5%。

    低负载高速度是并联机器人区别于其他工业机器人的最主要特点,但是并不意味着实际并不需要更大负载。相反,负载太小很大程度上限制了并联机器人在更多领域发挥用途。因为在通常情况下,增加负载就要牺牲速度和精度,目前只有少数几个品牌并联机器人能够将负载提高到6kg以上。如果可以在不影响机器人精度和速度的情况下提高并联机器人的负载能力,并联机器人的应用领域还将有很大的扩展空间。

    2.方位(orientation)

    方位取决于机器人的安装方式以及如何将部件或产品移动到位置,最好的情况是将机器人的足迹与工作区域相匹配。但是同时也需要考虑机器人本体是否会造成阻碍,如安装SCARA机器人,则需要考虑机器人的底座安装线路是否会造成阻碍。如果只需要在几个轴上移动物体,那么安装在上方的小型直角坐标机器人是较好的选择。对于复杂的部件处理或需要多于四轴的运动,直角坐标机器人的框架可能会产生太多的障碍物,这种时候小型SCARA机器人就派得上用场了。

    SCARA机器人可以旋转零件,在各种角度和位置处理零件。为了获得类似的灵活性,一些直角坐标机器人具有称为反馈模块的子组件,可以方便地在Z轴上移动轻载荷。

    3.速度(speed)

    除了额定载荷,机器人制造商也列出了速度等级。选择机器人进行拾取和放置时的一个重要考虑因素是固定距离的加速时间。直角坐标机器人可以以5米/秒以上的速度加速,与SCARA性能相当。

    4.行程(travel)

    当应用场景涉及长跨度时,桁架机器人是最佳选择。设计人员可以根据需要快速修改和扩展桁架机器人,跨度可达20米。相比之下,SCARA机器人的铰接臂通常预先设计给定的距离,例如500mm。

    5.精度(precision)

    SCARA机器人具有预定义的精度等级,这意味着,一旦购买,精度就固定下来了。但是对于直角坐标机器人,最终用户可以通过使用更换执行机构来升级精度,或者通过更换气动或皮带驱动器及执行机构来减少精度和降低成本。

    在诸如机床加工等高端应用中,精密度是关键。在这种场景下,直角坐标机器人通过更好的机械部件,如精密加工的球轨台和滚珠丝杠执行机构来保持高精度。而对于SCARA机器人,由于臂偏转而无法保持精度。

    虽然很多企业偏爱于使用SCARA机器人,但有时其复杂性和高成本是不必要的。而且随着产品线的变化,SCARA机器人的精度无法更改,不能适应新的工况。而直角坐标机器人则可以根据需要提升或者降低精度,以满足经济收益最大化。并且,工作台面的空间较小的情况,有利于使用桁架机器人。

    6.环境(environment)

    影响机器人选择的环境因素有三个,分别是工作范围的空间环境、空间危害性、是否用于洁净室。通常来说所有的机器人都是满足洁净室使用要求的。

    SCARA基座趋于紧凑,方便有限的占地面积。当然,你也可以选择可悬空放置的其他机器人。

    环境因素如灰尘也会影响机器人的选择。通常使用密封件可以最大程度地阻止灰尘和水进行机器人关节中。SCARA机器人可以用于危险环境及水下环境,而直角坐标机器人则需要特别的保护才可用于危险环境中,且不可用于水下环境。

    7.占空比(duty cycle)

    占空比是完成一个周期操作所需的时间。每天24小时不间断运行的机器人(如高通量筛选和药物制造)比每周运行五天的寿命更短。提前澄清这些问题,并选用保养要求低(如润滑时间间隔长和维护要求低)的机器人是更佳选择。

    表3 SCARA、并联机器人、桁架机器人、关节机器人对比

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责任编辑:张纯子
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