Ако някога сте наблюдавали как фабрична поточна линия, станция за обработка на материали или малка производствена клетка преместват прецизно части, има вероятност 3-осов серво робот да стои зад работата. Тези компактни, надеждни роботи са работните коне на много операции, ценени заради тяхната простота, достъпност и постоянна производителност. Но ако пазарувате за такъв или искате да надстроите текущата си настройка, един въпрос, който почти винаги възниква, е: Какъв е товароносимостта на всяка ос на 3-осен серво робот?
Като доставчик на тези роботи, получавам този въпрос почти всеки ден. Това не е тривиално. Грешното изчисляване на товароносимостта, особено за отделните оси, е често срещана грешка, която води до преждевременно износване, престой или дори повредени части. През годините съм работил с всеки от малки стартиращи машинни цехове до големи производители на автомобилни компоненти и съм виждал от първа ръка как правилното натоварване на всяка ос увеличава или намалява живота на робота.
Първо, нека се върнем малко назад, за да сме сигурни, че всички сме на една и съща страница: 3-осният серво робот има три основни оси на движение, почти винаги наричани ос на рамото, лакътя и китката. Някои хора смесват термините, но за целите на товароносимостта е най-лесно да мислим за всяка ос като за става, която движи определена част от ръката на робота. Основната ос (често наричана ос J1) завърта цялата ръка наляво и надясно, оста на рамото (J2) повдига и спуска горната част на ръката, оста на лакътя (J3) удължава или прибира предмишницата, а при някои малки конструкции с 3 оси китката може да бъде опростена до фиксиран краен ефектор, а не до въртяща се става. Изчакайте всъщност, позволете ми да изясня това: Някои доставчици отчитат само трите основни артикулации, така че J1, J2, J3 и хватката на крайния ефектор е отделен инструмент, а не ос. Това е ключово разграничение, защото променя начина, по който измерваме натоварването.
Товароносимостта не е едно число за целия робот – тя е различна за всяка ос и зависи от няколко фактора: дължината на всеки сегмент на ръката, скоростта, с която се движите, теглото на крайния ефектор (като хващачи или вендузи) и дори колко често стартирате и спирате робота. Например, робот, който движи бавно тежка част, ще има по-висок ефективен товар от робот, който движи същата част с пълна скорост, тъй като ускорението и забавянето добавят сила към ставите.
Нека разбием всяка ос на базата на стандартните 3-осни серво роботи, които доставяме тук.
Започвайки с оста J1 - основната ос, която върти цялата ръка на робота хоризонтално. Това е „рамото“ на основата и е отговорно за поддържането на цялата тежест на горната част на ръката, предмишницата, крайния ефектор и всеки товар, който се носи. Значи това е оста с най-висока товароносимост, нали? Всъщност не винаги. Чакай, не - нека бъдем точни тук. За повечето роботи с 3 оси, проектирани за обработка на материали и лесно сглобяване, оста J1 е конструирана да поеме общия полезен товар при пълно изпъване на ръката. Ако вашият робот има максимален обхват от 1 метър и вие изпъвате рамото докрай, J1 трябва да поддържа това пълно натоварване плюс въртящия момент от рамото на лоста, създаден от удължената дължина. Често срещана грешка, която клиентите правят, е да си мислят: „Ако моята част е 5 кг, всяка ос може да издържи 5 кг.“ Но това изобщо не е вярно. Оста J1, когато рамото е напълно изпънато, трябва да устои не само на частта от 5 кг, но и на силата на това тегло, което тегли навън, докато се върти. Ето защо, за нашия стандартен серво робот с 3 оси, оста J1 има товароносимост между 10 kg и 20 kg, в зависимост от модела. Но това е в пълен обхват. Ако работите на половината от максималния обсег, J1 може да издържи дори повече - до 30 кг при някои от нашите модели с по-тежко натоварване.
Следващата е оста J2, оста на рамото, която повдига и спуска горната част на ръката. Тази ос е отговорна за поддържането на долната част на ръката, предмишницата и полезния товар, но не трябва да устои на пълния въртящ момент на хоризонтално въртене като J1. Вместо това трябва да се справи с вертикалното натоварване, докато ръката се движи нагоре и надолу. Товароносимостта му е малко по-ниска от J1 за повечето работни диапазони. Например, при средно удължаване на ръката, оста J2 обикновено може да издържи между 8 kg и 15 kg. Компромисът тук е скоростта: ако движите ръката бързо между позициите, J2 трябва да генерира повече въртящ момент, за да ускори това движение нагоре/надолу, така че ефективният му капацитет на натоварване пада при по-високи скорости. Ето защо ние винаги съветваме клиентите да съобразят скоростта на своя робот с техните изисквания за натоварване – работата на робот с максимална скорост с почти максимално натоварване ще доведе до преждевременно износване на лагера в оста J2, което означава скъпи ремонти надолу по линията.
След това има оста J3, оста на лакътя, която удължава и прибира предмишницата. Това е оста, която има най-ниска товароносимост от трите основни оси и често е най-пренебрегвана. Оста J3 поддържа само тежестта на предмишницата, крайния ефектор и полезния товар, когато ръката е напълно изпъната или прибрана. Тъй като предмишницата е лост, когато изпънете предмишницата докрай, J3 трябва да устои на силите на огъване от края на ръката. Товароносимостта му обикновено е между 5 кг и 10 кг, отново в зависимост от модела и диапазона на работа. Това, което прави тази ос трудна, е, че тя е най-близо до края на ръката, така че дори малка претоварена част тук може да причини значително напрежение върху ставата. Спомням си един клиент преди няколко години, който купи 3-осов робот за преместване на малки метални щампи. Той зареждаше части в самия край на удължената предмишница и продължаваше да чупи скоростната кутия на J3 в рамките на шест месеца. Оказа се, че той поставя 8 кг части на ос, оценена само за 5 кг, защото не осъзна, че капацитетът на J3 е по-малък от другите два. След като премина към модел с по-висок капацитет на J3, времето му на престой спадна почти до нула.
Сега, нека поговорим за факторите, които променят тези числа, защото те не са запечатани в камък. Първо, дължина на ръката. Имаме модели с 500 mm обхват, 800 mm обхват и дори по-дълги – въпреки че за приложения с по-дълъг обхват, много клиенти преминават към многоосни роботи като 5-осни серво роботи, които предлагат по-голяма прецизност за продължителна работа. Изчакайте, като говорим за това, ако вашето приложение изисква повече гъвкавост, отколкото 3 оси могат да предложат, нашата 5 осна линия е страхотна опция, включително 5 осен серво робот с общо предназначение и пет осов AC серво задвижван манипулатор, които са създадени за по-големи натоварвания и по-сложни пътеки. Друг фактор е крайният ефектор. Пневматичен грайфер може да тежи 1 кг, докато персонализиран хидравличен грайфер може да бъде 5 кг и това тегло трябва да се добави към полезния товар при изчисляване на натоварването на всяка ос. Това е нещо, което винаги проверяваме, когато предлагаме робот: питаме за теглото на инструментите, които използвате, за да можем да коригираме съответно нашите препоръки за капацитет.
Скоростта е друг голям фактор. Всички наши оценки за товароносимост се основават на стандартни работни скорости за продължителна употреба. Ако работите с робота със 100% скорост цял ден, всеки ден, трябва да намалите действителния полезен товар с 15-20%, за да удължите живота на робота. Ако го използвате за по-бавни, прецизни операции, можете да натиснете по-близо до номиналния капацитет. Също така, работен цикъл - колко често спирате и стартирате робота. Приложения с много чести времена на цикъла (като бране и поставяне на части на всеки 2 секунди) натоварват повече всички оси, така че тук по-ниските натоварвания са по-добри.
Често ме питат: „Има ли начин да надстроя 3-осен робот, ако имам нужда от по-голяма товароносимост?“ Краткият отговор е: обикновено не, защото моторът, скоростната кутия и лагерите на всяка ос са оразмерени за специфично натоварване. Ето защо е изключително важно да се получи правилно от първия път. Ако имате работа с тежки полезни товари или приложения, които изискват движещи се части далеч от основата, 3 ос може да не е най-подходящата и ще получите по-добра производителност от модел с по-дълго рамо или многоосов дизайн. Например, ако трябва да достигнете през голяма работна площ, нашият професионален манипулатор със супер дълга ръка е създаден за разширен обхват, като същевременно поддържа постоянен капацитет на натоварване.
Много хора също се чудят как 3-осните роботи се сравняват с други видове. За приложения с много голямо натоварване, като преместване на части от 50 kg+, паралелен робот може да е опция, но те са по-добри за много бързи, леки полезни товари. 3-осните серво роботи постигат добър баланс между капацитет на натоварване, цена и простота, поради което са толкова популярни. Те са по-лесни за програмиране от роботи с 5 оси и са по-компактни от по-големите индустриални рамена за малки до средни работни клетки. Разбира се, ако нуждите ви нарастват, ние разполагаме и с 5-осна линия роботи за леене под налягане, предназначена за тежки, високоскоростни операции за леене под налягане, които могат да се справят с много по-високи общи натоварвания от нашите стандартни модели с 3 оси.
Ето един съвет, който научих през годините работа с клиенти: не гледайте само общия полезен товар на робота – погледнете индивидуалния товарен капацитет на всяка ос, особено за оста J3. Повечето производители изброяват общия полезен товар в спецификационния лист на робота, но те не разбиват капацитета по ос, което всъщност ви е необходимо за дългосрочна надеждност. В нашата компания ние винаги предоставяме пълна разбивка на товароносимостта на всяка ос, заедно с обхват, скорост и други спецификации, така че нашите клиенти да не бъдат хванати неподготвени.
Друга често срещана грешка е погрешната преценка на моментното рамо. Рамото на момента е разстоянието от оста до центъра на тежестта на товара. Например, ако имате част от 10 kg в края на 800 mm предмишница, моментът е 10 kg * 0,8 m = 8 kg·m, което е голяма сила върху оста J3. Ако преместите същата тази част по средата на предмишницата, моментът пада до 10 kg * 0,4 m = 4 kg·m, така че оста J3 може да се справи с това лесно. Ето защо да разберете къде е позициониран вашият товар спрямо всяка ос е също толкова важно, колкото да знаете теглото на товара.
Ако все още не сте сигурни каква товароносимост ви е необходима за всяка ос, най-доброто нещо, което можете да направите, е да се свържете с нашия екип. Помогнахме на стотици клиенти да изберат правилния 3-осен серво робот (или да надстроят до многоосов модел) въз основа на тяхното специфично приложение, полезен товар, обхват и изисквания за скорост. Например, клиент в електронната индустрия може да се нуждае от малък 3-осов робот с 5 кг J1 капацитет за работа с печатни платки, докато клиент в щамповането на метали може да се нуждае от по-тежък 20 кг J1 модел за преместване на големи щампования. Ние също така работим с клиенти, за да коригираме настройките, ако техните нужди се променят с течение на времето, и предлагаме поддръжка за интегриране на крайни ефектори и други компоненти.
Трябва също така да спомена, че товароносимостта не е единственият фактор при избора на 3-осен серво робот. Прецизността, повторяемостта, енергийната ефективност и лекотата на програмиране са важни, но товароносимостта е основата. Робот, който може да достигне всички правилни места, да се движи бързо и е лесен за програмиране, е безполезен, ако се повреди, защото сте претоварили оста J3.
Позволете ми да завърша това с кратко резюме, за да се уверя, че е ясно: За стандартен серво робот с 3 оси, всяка ос има различен капацитет на натоварване, като J1 (базова) ос е най-силната, следвана от J2 (рамо), след това J3 (лакът) като най-слаба. Тези числа се променят в зависимост от дължината на ръката, скоростта, теглото на крайния ефектор и колко далеч е позициониран товарът от оста. Винаги е по-добре да подценявате необходимото натоварване и да отидете малко по-високо, отколкото смятате, че имате нужда, вместо да притискате робота до неговите граници, което ще доведе до повече поддръжка и престой.
Ако сте на пазара за серво робот с 3 оси или ако обмисляте надстройка до многоосно решение за по-тежки или по-гъвкави приложения, ние сме тук, за да ви помогнем. Нашият екип може да ви преведе през спецификациите, да отговори на въпроси относно капацитета на натоварване по ос и да ви помогне да намерите правилния робот за вашите операции. Независимо дали имате нужда от малък модел с общо предназначение или специализиран робот за конкретна индустрия, ние имаме опции, които отговарят на вашите нужди.
препратки:
- Индустриални роботи: Товароносимост и производителност на осите, Асоциация на индустрията за роботика, 2022 г.
- Проектиране на серво роботи: Изчисления на въртящ момент и натоварване, Вестник по машиностроене, том 15, брой 3, 2021 г.
- Приложения на роботи за обработка на материали: Често срещани погрешни схващания относно полезния товар, списание Manufacturing Engineering, 2023 г.
- Спецификации за ефективност на промишлени роботи, ISO 10218-1:2011
Ако искате да обсъдите вашите изисквания за натоварване, нуждите на приложението или да поискате персонализирана оферта, моля, свържете се с нашия екип за професионални насоки относно избора на правилния 3-осен серво робот за вашите операции.