Diferentes tipos de robôs, como este braço cobot, dependem de diferentes motores para movimentos precisos. Fonte: Adobe Inventory
Os robôs industriais de seis eixos geralmente integram motores sem moldura em seus eixos. Na última década, os servomotores sem escovas de ímã permanente passaram a dominar. Cada vez mais comuns em montagens robóticas de seis eixos são as variações sem moldura e de acionamento direto.
Um alto motor contagem de pólos (com engrenagem de onda de deformação) produz saída de alto torque e baixo cogging. Freqüentemente, completando essas montagens há um encoder absoluto para controle de posição em malha fechada e um freio de retenção de segurança (normalmente fechado) para retenção segura da carga no desligamento.
Outros motores de torque são usados sem qualquer engrenagem para operação de acionamento direto em inspeção robôs e alguns cirúrgico ou braços de metrologia que necessitam de uma operação verdadeiramente sem folga.
Usando a analogia “ombro-cotovelo-pulso” para referenciar os graus de liberdade, as adaptações do controle orientado ao campo, juntamente com a geometria e os enrolamentos personalizados do rotor, podem adaptar o comportamento do ombro e da articulação do cotovelo do robô às massas do braço e da carga útil. A corrente para os enrolamentos que atuam sobre um grande entreferro magnético confere rigidez e densidade de torque.
Em contraste, os motores para articulações de rotação, inclinação e guinada do pulso devem ser leves, com baixa inércia e sem vibração. Mesmo aqui, porém, os servomotores CA de ímã permanente (PM) ainda dominam – embora seja mais provável que tenham uma construção sem moldura ou mesmo uma construção de fluxo axial ou tipo panqueca. Os motores nestas juntas também são menores porque as cargas totais são obviamente menores na extremidade do robô. A alta densidade de torque dos motores PM é basic.
Assim como braços articulados de seis eixos, muitos ESCARA robôs para montagem horizontal e tarefas de pegar e colocar também integram servomotores CA de alto torque em seus eixos rotativos planares para acelerações e assentamentos rápidos. Seus eixos Z verticais podem apresentar parafusos acionados por servomotores ou até mesmo motores lineares.
Motores sem moldura tornam-se comuns à medida que os robôs convergem
Os últimos anos trouxeram convergência de robôs industriais articulados e robôs colaborativos já que os motores sem moldura se tornaram mais comuns nas articulações de ambos. Ambos os tipos de robôs também estão fazendo uso crescente do aprendizado de máquina e IA – especialmente IA específica do setor e “IA física” construída para uma única função, como soldagemlixamento, inspeção ou montagem.
A convergência de robôs industriais articulados e cobots também está vendo mais sobreposições nas classificações de carga útil.
A massa da carga útil e o momento de inércia incluem, obviamente, as ligações robóticas movidas, os componentes do atuador remaining e quaisquer peças de trabalho reais que estejam sendo manuseadas. Com alguns robôs, se uma redução temporária de velocidade, aceleração e precisão for aceitável, pode ser possível exceder ocasionalmente a carga útil nominal – desde que as operações permaneçam inferiores a qualquer carga útil máxima definida.
Robôs não cartesianos usam uma variedade de engrenagens
As juntas robóticas geralmente têm engrenagens cicloidais, bem como conjuntos de engrenagens que dependem de subcomponentes indutores de ondas com formato elíptico ou Reuleaux (pronuncia-se “roo-low”) ou outra forma poligonal. As engrenagens planetárias e de ondas de deformação dominam, embora sejam proprietárias cicloidal sistemas encontram uso em robótica especializada.
Caso em questão: Novo FluxWorks tecnologias de engrenagens magnéticas usam campos magnéticos modulados para exercer força sem contato. Fique ligado para saber mais sobre esta tecnologia em breve – especialmente no que se refere a aplicações robóticas.
Mais uma opção de engrenagem estabelecida para a robótica que agora está sendo cada vez mais utilizada tem dois nomes:
- Engrenagem cicloidal.
- Vetor rotativo ou engrenagem RV conforme cunhado por um fabricante.
À primeira vista, as cicloidais se assemelham às engrenagens trocoidais usadas em certas bombas… mas as tecnologias não devem ser confundidas.
Lição rápida de geometria aqui… As engrenagens trocoidal e cicloidal incluem elementos que giram e traçam curvas em torno de outro elemento. Os ciclóides traçados por um ponto na circunferência de um elemento rolante incluem:
- Epicicloides (para os quais o elemento rola ao longo da parte externa de uma engrenagem photo voltaic ou outro componente de referência).
- Hipociclóides para os quais o elemento rola dentro de um anel ou outro componente de referência.
Em contraste, os trocóides são traçados não por um ponto na circunferência do elemento rolante, mas sim por algum ponto dentro ou fora.
Tecnicamente, os conjuntos planetários são uma espécie de engrenagem epicíclica.
Para engrenagens planetárias ou de ondas de deformação, as relações representativas são de 50:1 a 200:1… embora possam ser mais baixas em articulações de punho de robôs de seis eixos. Entre outras coisas, essa engrenagem aumenta o torque de aceleração para a densidade de potência – basic para a robótica de seis eixos, bem como para os sistemas SCARA, para os quais a montagem é basicamente uma massa em balanço.
Suspensão muda escolha de marcha do sétimo eixo
Abaixo temos exemplos de engrenagens de Empresas GAM no motor de cada eixo em dois braços do robô. Os tipos de engrenagens diferem para diferentes arranjos de braços. Por exemplo, a engrenagem mais adequada no pinhão (e carro) que aciona o motoredutor de um sistema de sétimo eixo de robô articulado depende em parte da orientação do robô no espaço.
O sétimo eixo dos sistemas de montagem no piso geralmente possui uma caixa de engrenagens hipóide em ângulo reto. Mais comumente, “pórtico” refere-se a arranjos cartesianos… embora robôs suspensos de seis eixos também se qualifiquem. Esses pórticos suspensos geralmente possuem uma caixa de engrenagens helicoidal em linha. Só para ficar claro, ambos ajudam a alimentar conjuntos de pinhão e cremalheira com geometrias de dentes helicoidais.
A caixa de engrenagens em ângulo reto para a esteira montada no chão faz algumas coisas: evita o envelope do robô, um longo percurso na direção de deslocamento e uma montagem inadequada.
Em vez disso, um arranjo em ângulo reto mantém o motor baixo e colocado ao lado do carro para uma montagem rígida e organizada. As engrenagens hipóides se destacam em acionamentos de pinhão e cremalheira devido ao seu alto torque e robustez em eixos reversíveis como este, sujeitos a cargas de choque decorrentes da operação regular e paradas de emergência.
Tecnologias se unem na robótica em miniatura
Para ilustrar como outros componentes se unem, vamos considerar Precisão Chieftek (cpc) Braços robóticos em miniatura S0. Eles movem cargas úteis de até 0,5 kg com manobrabilidade infinita a partir de múltiplas articulações.
Uma versão DB0 (canto superior direito) oferece um pouco menos de manobrabilidade para maior rigidez e repetibilidade de ±5,0 µm. Ambos os braços robóticos integram mais de 200 peças separadas, em sua maioria projetadas e fabricadas pela Chieftek:
- Motores sem moldura personalizados de grande diâmetro (aceitando entrada de 48 V) transmitem movimento em cada junta.
- Engrenagens de ondas de tensão com relações altas maximizam o torque.
- Sistemas de suggestions duplo em cada eixo com um codificador óptico absoluto e um codificador magnético absoluto intercalando a engrenagem para garantir a repetibilidade.
Acionamentos de motor com componentes eletrônicos de funcionamento frio e estágios de potência completam os designs em miniatura.
Agora vamos voltar a atenção para um tipo de robô que ainda não detalhamos – os robôs cartesianos XYZ. O alcance cubóide dos pórticos cartesianos ou qualquer variação é fácil de imaginar. Esses sistemas são mais adequados onde o efetor remaining pode executar suas tarefas em uma determinada orientação dentro de um plano. Na verdade, os cartesianos são uma solução preferida para células de trabalho especialmente grandes… e para tais situações, muitas vezes mais rentáveis do que uma frota de robôs SCARA, mesmo muito modestos. Para células de trabalho menores, os robôs cartesianos podem ser uma solução mais cara.
Os eixos do robô cartesiano nunca são perfeitamente perpendiculares. Portanto, a repetibilidade do efetor remaining em relação a cada eixo depende de cada acionamento, bem como da quantidade de acoplamento de movimento entre os eixos… com o erro aumentando à medida que cada eixo se afasta de sua posição inicial.
Outra consideração: Em comparação com os tipos de robôs articulados, a integração e o roteamento das linhas de fornecimento dos efetores finais (na forma de cabos, mangueiras, transportadores e circuitos de serviço) também são mais complexos.
Dito isto, um robô cartesiano personalizado para produção em larga escala pode satisfazer requisitos exatos como nenhuma outra opção. Estes tipos de situações justificam custos iniciais relativamente elevados com eficiências, volumes de produção e escala de operações a longo prazo.
Abaixo vemos dois robôs cartesianos muito diferentes. Porém, em ambos os casos, o {hardware} modular, juntamente com determinados controladores e comunicações, reduzem a complexidade do projeto.
PBC Linear guias e eixos servo acionados por correia ou parafuso ou eixos motorizados de passo se combinam para formar robótica personalizada para manuseio de peças, alinhamento baseado em visão e outros movimentos sincronizados em embalagem, montagem e inspeção. O exemplo aqui é um arranjo com motores de passo e parafusos para automatizar a montagem de placas de circuito.
Da mesma forma, as guias lineares e motores lineares Chieftek Precision completam estágios de visão, módulos de prensa e células de trabalho de laboratório que necessitam de posicionamento preciso ou transporte de peças com rigidez e repetibilidade extremamente altas.
Nota do editor: Este artigo foi distribuído por O Relatório do Robô website irmão Mundo do Design.