Проектирането на задвижван от кабел манипулатор за съвместна работа с хора е сложно, но възнаграждаващо начинание. Като доставчик на манипулатори, задвижвани от кабели, бях свидетел от първа ръка на нарастващото търсене на тези иновативни машини в различни индустрии. В тази публикация в блога ще споделя някои прозрения за това как да проектирам кабелно задвижван манипулатор, който може да работи безопасно и ефективно заедно с човешки оператори.
Разбиране на изискванията
Първата стъпка в проектирането на кабелно задвижван манипулатор за сътрудничество между човек и робот е да се разберат специфичните изисквания на приложението. Това включва разглеждане на фактори като работното пространство, задачите, които трябва да се изпълнят, капацитета на полезен товар и стандартите за безопасност.
Анализ на работното пространство
Работното пространство на манипулатора е решаващ фактор. Той трябва да бъде проектиран така, че да се побира в съществуващата работна среда, без да причинява смущения на хората-оператори или друго оборудване. Анализирайте наличното подово пространство, височината на тавана и всички потенциални препятствия. Например в производствено предприятие може да се наложи манипулаторът да работи в ограничена зона между производствените линии.
Определение на задачата
Ясно определете задачите, които манипулаторът ще изпълнява. Те могат да варират от прости операции за избор и поставяне до по-сложни задачи за сглобяване. Разбирането на задачите ще помогне за определяне на необходимите степени на свобода, обхват и прецизност на манипулатора. Например, ако задачата включва сглобяване на малки компоненти, са необходими висока прецизност и фин контрол на крайния ефектор.
Капацитет на полезен товар
Определете максималния полезен товар, с който манипулаторът трябва да се справи. Това ще зависи от теглото на манипулираните обекти. Задвижван от кабел манипулатор, предназначен за съвместна работа, може да се наложи да се справи с набор от полезни товари, от леки елементи до умерено тежки компоненти.
Стандарти за безопасност
Спазването на стандартите за безопасност не подлежи на обсъждане при проектирането на манипулатор за сътрудничество между човек и робот. Стандарти като ISO/TS 15066 предоставят насоки относно изискванията за безопасност за колаборативни роботи. Манипулаторът трябва да бъде проектиран така, че да предотвратява всякакво увреждане на човешките оператори, дори в случай на неизправност.
Основи на манипулатора, задвижван от кабел
Преди да се задълбочите в процеса на проектиране, е важно да разберете основните принципи на кабелно задвижваните манипулатори.
Подреждане на кабела
Подреждането на кабелите е ключов аспект на дизайна. Кабелите се използват за предаване на сили и управление на движението на връзките на манипулатора. Различните подредби на кабелите могат да осигурят различни нива на твърдост, прецизност и обхват на движение. Например, паралелното разположение на кабела може да предложи висока твърдост, докато последователното разположение на кабела може да осигури по-голям диапазон на движение.
Задействане и управление
Манипулаторите, задвижвани с кабел, обикновено се задвижват от двигатели, които контролират напрежението в кабелите. Прецизният контрол на напрежението на кабела е от съществено значение за точното позициониране и движение на манипулатора. Усъвършенствани алгоритми за управление, като PID (пропорционално - интегрално - производно) управление, могат да се използват за поддържане на желаното напрежение и позиция на кабела.
Краен - ефекторен дизайн
Крайният ефектор е частта от манипулатора, която взаимодейства с обектите. Може да бъде обикновен захват за вземане и поставяне на предмети или по-сложен инструмент за изпълнение на специфични задачи. Дизайнът на крайния ефектор трябва да бъде съобразен с изискванията на приложението. Например, вакуумният захват може да бъде подходящ за работа с плоски предмети, докато механичният захват може да се използва за захващане на предмети с неправилна форма.
Проектни съображения за сътрудничество между човек и робот
При проектирането на манипулатор, задвижван от кабел за съвместна работа с хора, се вземат предвид няколко допълнителни съображения.
Функции за безопасност
Функциите за безопасност са от изключително значение. Един подход е да се използва технология за отчитане на сила, за да се открие кога манипулаторът влиза в контакт с човешки оператор. Ако бъде открит сблъсък, манипулаторът може незабавно да спре или да намали скоростта си. Друга функция за безопасност е използването на меки материали от външната страна на манипулатора за минимизиране на удара в случай на контакт.
Интерфейс човек - машина
Добре проектираният интерфейс човек - машина (HMI) е от съществено значение за ефективното сътрудничество. HMI трябва да позволява на човешките оператори лесно да взаимодействат с манипулатора, като програмиране на задачи, наблюдение на състоянието на манипулатора и издаване на команди. Например интерфейс със сензорен екран може да осигури лесен за потребителя начин за операторите да контролират манипулатора.
Съответствие и адаптивност
Манипулаторът трябва да е съвместим и адаптивен към действията на човешките оператори. Това означава, че може да регулира движението си въз основа на входа от човешкия оператор. Например, ако човешки оператор насочи манипулатора към определена позиция, манипулаторът трябва да може да следва и да помага при изпълнението на задачата.
Избор на правилните компоненти
Изборът на правилните компоненти е от решаващо значение за производителността и надеждността на манипулатора, задвижван от кабел.
Кабели
Изберете висококачествени кабели, които могат да издържат на напрежение и износване по време на работа. Кабелите трябва да имат високо съотношение на якост към тегло и добра гъвкавост. Могат да се използват различни видове кабели, като например стоманени кабели или синтетични кабели, в зависимост от изискванията на приложението.
Двигатели и изпълнителни механизми
Изберете двигатели и задвижващи механизми, които могат да осигурят необходимия въртящ момент и скорост за манипулатора. Серво моторите обикновено се използват в манипулатори, задвижвани с кабел, поради техните прецизни възможности за управление. Двигателите също трябва да могат да работят тихо, за да се избегне безпокойството на човешките оператори.
Сензори
Сензорите играят жизненоважна роля в работата на манипулатора. Сензорите за сила могат да се използват за откриване на сблъсъци и измерване на силите, приложени по време на задачи. Сензори за позиция, като енкодери, могат да се използват за наблюдение на позицията на връзките на манипулатора. Визуалните сензори могат да предоставят допълнителна информация за работното пространство и манипулираните обекти.
Интеграция със съществуващи системи
В много случаи задвижваният с кабел манипулатор трябва да бъде интегриран със съществуващите системи на работното място.
Комуникационни протоколи
Уверете се, че манипулаторът може да комуникира ефективно с друго оборудване и системи. Стандартни комуникационни протоколи, като Ethernet/IP или Modbus, могат да се използват за установяване на комуникация между манипулатора и други устройства, като програмируеми логически контролери (PLC) или интерфейси човек - машина.
Съвместимост с Workflow
Манипулаторът трябва да бъде проектиран така, че да се вписва в съществуващия работен процес на работното място. Това може да включва координиране на работата на манипулатора с други машини и човешки оператори. Например, в поточна линия, манипулаторът трябва да може да работи в синхрон с други роботи и работници, за да осигури гладко производство.
Казуси и примери
За да илюстрираме процеса на проектиране, нека разгледаме някои казуси.
Лек стрелов кран
АЛек стрелов кранможе да се използва в малка производствена среда за съвместна работа. Той е проектиран да се справя с леки полезни товари и има компактен дизайн, който може да се побере в ограничено работно пространство. Системата, задвижвана от кабел, осигурява прецизен контрол и позволява лесно движение на крайния ефектор.
Мобилен хидравличен кран
TheМобилен хидравличен кране подходящ за приложения на открито, където се изисква мобилност. Може да се използва на строителни обекти за задачи като повдигане и поставяне на строителни материали. Задвижваният с кабел механизъм в комбинация с хидравлични задвижващи механизми осигурява висока товароносимост и стабилност.
Монтиран на стълб стрелов кран
TheМонтиран на стълб стрелов кране идеален за приложения, при които манипулаторът трябва да бъде фиксиран към колона или стена. Може да се използва в работилници за задачи като машинно зареждане и разтоварване. Дизайнът, задвижван от кабел, позволява широк обхват на движение и прецизно позициониране.
Заключение
Проектирането на кабелно задвижван манипулатор за съвместна работа с хора изисква цялостно разбиране на изискванията на приложението, кабелно задвижваната технология и стандартите за безопасност. Чрез внимателно обмисляне на факторите, обсъдени в тази публикация в блога, можете да проектирате манипулатор, който е безопасен, ефективен и ефективен при работа заедно с човешки оператори.
Ако се интересувате да научите повече за нашите кабелно задвижвани манипулатори или имате специфични изисквания за вашето приложение, препоръчваме ви да се свържете с нас за подробно обсъждане. Нашият екип от експерти е готов да ви помогне да намерите най-доброто решение за вашите нужди.
Референции
- ISO/TS 15066:2016, Роботи и роботизирани устройства — Колаборативни роботи.
- Сицилия, Б., & Чатиб, О. (Ред.). (2016). Шпайнгер на роботиката. Спрингър.
- Spong, MW, Hutchinson, S., & Vidyasagar, M. (2006). Моделиране и управление на роботи. Уайли.
