Dacă ați urmărit vreodată o linie de asamblare din fabrică, o stație de manipulare a materialelor sau o celulă de producție la scară mică mișcând piese cu precizie, sunt șanse ca un robot servo cu 3 axe să fi fost în spatele lucrării. Acești roboți compacti și fiabili sunt calitățile de lucru ale multor operațiuni, apreciați pentru simplitate, accesibilitate și performanță constantă. Dar dacă cumpărați unul sau doriți să vă actualizați configurația actuală, o întrebare care apare aproape întotdeauna este: Care este capacitatea de încărcare a fiecărei axe a unui robot servo cu 3 axe?
În calitate de furnizor al acestor roboți, primesc această întrebare aproape în fiecare zi. Nu este unul banal. Calcularea greșită a capacității de sarcină, în special pentru axele individuale, este o greșeală comună care duce la uzură prematură, timpi de nefuncționare sau chiar piese deteriorate. De-a lungul anilor, am lucrat cu toată lumea, de la mici ateliere de mașini, până la mari producători de componente pentru automobile, și am văzut direct modul în care obținerea corectă a sarcinii fiecărei axe face sau distruge durata de viață a unui robot.
Mai întâi, să ne întoarcem puțin pentru a ne asigura că suntem cu toții pe aceeași pagină: un robot servo cu 3 axe are trei axe principale de mișcare, numite aproape întotdeauna axe umăr, cot și încheietură. Unii oameni amestecă termeni, dar în ceea ce privește capacitatea de încărcare, este cel mai ușor să ne gândim la fiecare axă ca la o articulație care mișcă o anumită parte a brațului robotului. Axa de bază (denumită adesea axa J1) rotește întregul braț la stânga și la dreapta, axa umărului (J2) ridică și coboară brațul superior, axa cotului (J3) extinde sau retrage antebrațul, iar pe unele modele mici cu 3 axe, încheietura mâinii ar putea fi simplificată mai degrabă la un efect de rotație fix. Așteptați-de fapt, permiteți-mi să clarific că: Unii furnizori numără doar cele trei articulații principale, deci J1, J2, J3 și mânerul efectorului final este un instrument separat, nu o axă. Aceasta este o distincție cheie, deoarece schimbă modul în care măsurăm sarcina.
Acum, capacitatea de încărcare nu este un singur număr pentru întregul robot - este diferit pentru fiecare axă și depinde de câțiva factori: lungimea fiecărui segment de braț, viteza cu care vă deplasați, greutatea efectorului final (cum ar fi prinderea sau ventuzele) și chiar cât de des porniți și opriți robotul. De exemplu, un robot care mișcă o parte grea încet va avea o sarcină efectivă mai mare decât unul care mișcă aceeași piesă la viteză maximă, deoarece accelerația și decelerația adaugă forță articulațiilor.
Să defalcăm fiecare axă, pe baza roboților servo standard cu 3 axe pe care îi furnizăm aici.
Începând cu axa J1 - axa de bază, care rotește întregul braț al robotului pe orizontală. Acesta este „umărul” bazei și este responsabil pentru susținerea întregii greutăți a brațului superior, a antebrațului, a efectului de capăt și a oricărei încărcături transportate. Deci este axa cu cea mai mare capacitate de încărcare, nu? Nu întotdeauna, de fapt. Stai, nu, hai să fim precisi aici. Pentru majoritatea roboților cu 3 axe proiectați pentru manipularea materialelor și asamblare simplă, axa J1 este construită pentru a gestiona sarcina utilă totală la extensia completă a brațului. Dacă robotul dvs. are o rază de acțiune maximă de 1 metru și extindeți brațul până la capăt, J1 trebuie să suporte acea sarcină completă, plus cuplul de la brațul de pârghie creat de lungimea extinsă. O greșeală comună pe care o fac clienții este să se gândească: „Dacă partea mea are 5 kg, fiecare axă poate suporta 5 kg”. Dar asta nu este deloc adevărat. Axa J1, atunci când brațul este complet extins, trebuie să reziste nu doar părții de 5 kg, ci și forței acelei greutăți care trage spre exterior pe măsură ce se rotește. De aceea, pentru robotul nostru servo standard cu 3 axe, axa J1 are o capacitate de incarcare intre 10kg si 20kg, in functie de model. Dar asta e la îndemână. Dacă lucrați la jumătate din raza maximă de acțiune, J1 poate suporta și mai mult până la 30 kg pe unele dintre modelele noastre mai grele.
Urmează axa J2, axa umărului care ridică și coboară brațul. Această axă este responsabilă pentru susținerea părții inferioare a brațului, a antebrațului și a sarcinii utile, dar nu trebuie să reziste la cuplul complet de rotație orizontală precum J1. În schimb, trebuie să gestioneze sarcina verticală pe măsură ce brațul se mișcă în sus și în jos. Capacitatea sa de încărcare este puțin mai mică decât J1 pentru majoritatea intervalelor de funcționare. De exemplu, la extensia medie a brațului, axa J2 poate suporta de obicei între 8 kg și 15 kg. Compartimentul aici este viteza: dacă mișcați rapid brațul între poziții, J2 trebuie să genereze mai mult cuplu pentru a accelera acea mișcare în sus/în jos, astfel încât capacitatea sa efectivă de încărcare scade la viteze mai mari. De aceea, sfătuim întotdeauna clienții să potrivească viteza robotului lor cu cerințele lor de sarcină - rularea unui robot la viteză maximă cu o sarcină aproape maximă va duce la uzura prematură a rulmentului pe axa J2, ceea ce înseamnă reparații costisitoare pe linie.
Apoi este axa J3, axa cotului care extinde și retrage antebrațul. Aceasta este axa care are cea mai mică capacitate de încărcare dintre cele trei axe principale și este adesea cea mai trecută cu vederea. Axa J3 suportă doar greutatea antebrațului, a efectului de capăt și a sarcinii utile atunci când brațul este complet extins sau retras. Deoarece antebrațul este o pârghie, atunci când extindeți antebrațul până la capăt, J3 trebuie să reziste forțelor de îndoire de la capătul brațului. Capacitatea sa de încărcare este de obicei între 5 kg și 10 kg, din nou în funcție de model și domeniul de funcționare. Ceea ce face ca această axă să fie dificilă este că este cea mai apropiată de capătul brațului, astfel încât chiar și o mică parte supraîncărcată aici poate provoca un stres semnificativ asupra articulației. Îmi amintesc de un client în urmă cu câțiva ani care și-a cumpărat un robot cu 3 axe pentru a muta mici ștanțate metalice. Încărca piese chiar la vârful antebrațului extins și a continuat să spargă cutia de viteze a lui J3 în decurs de șase luni. S-a dovedit că punea piese de 8 kg pe o axă de doar 5 kg, pentru că nu și-a dat seama că capacitatea lui J3 era mai mică decât celelalte două. Odată ce a trecut la un model cu o capacitate J3 mai mare, timpul său de nefuncționare a scăzut la aproape zero.
Acum, să vorbim despre factorii care modifică aceste numere, pentru că nu sunt puse în piatră. În primul rând, lungimea brațului. Avem modele cu raze de 500 mm, 800 mm și chiar mai lungi, deși pentru aplicații cu rază mai lungă, mulți clienți trec la roboți cu mai multe axe, cum ar fi roboții servo cu 5 axe, care oferă mai multă precizie pentru lucrul extins. Așteptați, vorbind despre asta, dacă aplicația dvs. necesită mai multă flexibilitate decât poate oferi cele 3 axe, linia noastră cu 5 axe este o opțiune excelentă, inclusiv un robot servo cu 5 axe de uz general și un manipulator servo-acţionat cu cinci axe, care sunt construite pentru sarcini mai mari și căi mai complexe. Un alt factor este efectul final. O prindere pneumatică poate cântări 1 kg, în timp ce o prindere hidraulică personalizată ar putea avea 5 kg, iar această greutate trebuie adăugată la sarcina utilă atunci când se calculează sarcina fiecărei axe. Este un lucru pe care îl verificăm întotdeauna când cotăm un robot: cerem greutatea sculelor pe care le utilizați, astfel încât să putem ajusta recomandările de capacitate în consecință.
Viteza este încă una mare. Toate cotele noastre de capacitate de încărcare se bazează pe viteze standard de operare pentru utilizare continuă. Dacă rulați robotul cu viteză de 100% toată ziua, în fiecare zi, ar trebui să reduceți sarcina reală cu 15-20% pentru a prelungi durata de viață a robotului. Dacă îl utilizați pentru operații mai lente și de precizie, puteți împinge mai aproape de capacitatea nominală. De asemenea, ciclul de funcționare - cât de des opriți și porniți robotul. Aplicațiile cu timpi de ciclu foarte frecventi (cum ar fi alegerea și plasarea pieselor la fiecare 2 secunde) pun mai mult stres pe toate axele, astfel încât sarcinile mai mici sunt mai bune aici.
Sunt adesea întrebat: „Există o modalitate de a face upgrade la un robot cu 3 axe dacă am nevoie de o capacitate de încărcare mai mare?” Răspunsul scurt este: de obicei nu, deoarece motorul, cutia de viteze și rulmenții fiecărei axe sunt dimensionate pentru o sarcină specifică. De aceea, este esențial să o faci corect de prima dată. Dacă aveți de-a face cu sarcini utile grele sau aplicații care necesită piese în mișcare departe de bază, este posibil ca un model cu 3 axe să nu fie cel mai potrivit și veți obține performanțe mai bune de la un model cu braț mai lung sau un design cu mai multe axe. De exemplu, dacă trebuie să ajungeți într-o zonă mare de lucru, manipulatorul nostru profesional pentru lungimea brațului super lung este construit pentru o rază extinsă, menținând în același timp capacitatea de încărcare constantă.
Mulți oameni se întreabă, de asemenea, cum se compară roboții cu 3 axe cu alte tipuri. Pentru aplicații de încărcare foarte mare, cum ar fi mutarea pieselor de peste 50 kg, un robot paralel ar putea fi o opțiune, dar acestea sunt mai bune pentru sarcini utile foarte rapide și ușoare. Roboții servo cu 3 axe ating un echilibru bun între capacitatea de încărcare, cost și simplitate, motiv pentru care sunt atât de populari. Sunt mai ușor de programat decât roboții cu 5 axe și mai compacti decât brațele industriale mai mari pentru celulele de lucru mici și medii. Desigur, dacă nevoile dvs. cresc, avem și linia de roboți de turnare sub presiune cu 5 axe, proiectată pentru operațiuni grele de turnare sub presiune, de mare viteză, care pot suporta sarcini totale mult mai mari decât modelele noastre standard cu 3 axe.
Iată un sfat pe care l-am învățat de-a lungul anilor de lucru cu clienții: nu vă uitați doar la sarcina utilă totală a robotului - uitați-vă la capacitatea de încărcare individuală a fiecărei axe, în special pentru axa J3. Majoritatea producătorilor indică sarcina utilă totală pe fișa de specificații a robotului, dar nu defalcă capacitatea pe axă, care este ceea ce aveți nevoie de fapt pentru fiabilitatea pe termen lung. La compania noastră, oferim întotdeauna o defalcare completă a capacității de încărcare a fiecărei axe, împreună cu raza de acțiune, viteza și alte specificații, astfel încât clienții noștri să nu fie prinși pe nepregătiți.
O altă greșeală comună este aprecierea greșită a brațului momentului. Brațul de moment este distanța de la axă la centrul de greutate al sarcinii. De exemplu, dacă aveți o piesă de 10 kg la capătul unui antebraț de 800 mm, momentul este de 10 kg * 0,8 m = 8 kg·m, ceea ce reprezintă o forță mare pe axa J3. Dacă mișcați aceeași parte pe jumătate de-a lungul antebrațului, momentul scade la 10kg * 0,4m = 4 kg·m, astfel încât axa J3 se poate descurca atât de ușor. De aceea, înțelegerea locului în care este poziționată încărcătura în raport cu fiecare axă este la fel de importantă precum cunoașterea greutății încărcăturii.
Dacă încă nu sunteți sigur de ce capacitate de încărcare aveți nevoie pentru fiecare axă, cel mai bun lucru de făcut este să contactați echipa noastră. Am ajutat sute de clienți să aleagă robotul servo cu 3 axe potrivit (sau să treacă la un model cu mai multe axe) în funcție de cerințele lor specifice de aplicație, sarcină utilă, acoperire și viteză. De exemplu, un client din industria electronică ar putea avea nevoie de un robot mic cu 3 axe, cu o capacitate J1 de 5 kg pentru manipularea plăcilor de circuite, în timp ce un client din ștanțarea metalelor ar putea avea nevoie de un model J1 mai greu de 20 kg pentru mutarea ștanțelor mari. De asemenea, lucrăm cu clienții pentru a ajusta setările dacă nevoile acestora se schimbă în timp și oferim asistență pentru integrarea efectelor finale și a altor componente.
De asemenea, trebuie să menționez că capacitatea de încărcare nu este singurul factor atunci când alegeți un robot servo cu 3 axe. Precizia, repetabilitatea, eficiența energetică și ușurința de programare sunt toate importante, dar capacitatea de încărcare este fundația. Un robot care poate ajunge în toate locurile potrivite, se mișcă rapid și este ușor de programat este inutil dacă se defectează pentru că ai supraîncărcat axa J3.
Permiteți-mi să închei acest lucru cu o recapitulare rapidă pentru a mă asigura că este clar: pentru un robot servo standard cu 3 axe, fiecare axă are o capacitate de încărcare distinctă, axa J1 (bază) fiind cea mai puternică, urmată de J2 (umăr), apoi J3 (cot) ca cea mai slabă. Aceste numere se modifică în funcție de lungimea brațului, viteza, greutatea efectorului final și cât de departe este poziționată sarcina față de axă. Este întotdeauna mai bine să subestimezi sarcina necesară și să mergi puțin mai sus decât crezi că ai nevoie, mai degrabă decât să împingi un robot la limitele sale, ceea ce va duce la mai multă întreținere și timpi de nefuncționare.
Dacă sunteți în căutarea unui robot servo cu 3 axe sau dacă vă gândiți să treceți la o soluție cu mai multe axe pentru aplicații mai grele sau mai flexibile, suntem aici pentru a vă ajuta. Echipa noastră vă poate prezenta specificațiile, răspunde la întrebări despre capacitatea de încărcare pe axă și vă poate ajuta să găsiți robotul potrivit pentru operațiunile dvs. Indiferent dacă aveți nevoie de un model mic de uz general sau de un robot specializat pentru o anumită industrie, avem opțiuni care corespund nevoilor dumneavoastră.
Referinte:
- Roboți industriali: capacitate de încărcare și performanță a axei, Asociația industriei robotice, 2022
- Proiectare robot servo: calcule de cuplu și sarcină, Jurnalul de inginerie mecanică, volumul 15, numărul 3, 2021
- Aplicații pentru robotul de manipulare a materialelor: concepții greșite comune despre sarcină utilă, Revista de inginerie de fabricație, 2023
- Specificații de performanță pentru roboții industriali, ISO 10218-1:2011
Dacă doriți să discutați despre cerințele dvs. de încărcare, nevoile aplicației sau să solicitați o ofertă personalizată, vă rugăm să contactați echipa noastră pentru îndrumări profesionale privind selectarea robotului servo cu 3 axe potrivit pentru operațiunile dvs.