Что такое дельта-робот

Реймонд Клавель (Reymond Clavel) и его команда из лаборатории робототехнических систем в Политехнической школе Лозанны (EPFL – Robotics Systems Laboratory at École Polytechnique Fédérale de Lausanne) начали исследования, которые позволят создать дельта-робота после посещения шоколадной фабрики. Команда Клавеля искала повторяющиеся задачи на работу для роботов, и они обнаружили, что упаковка шоколадного пралине была кандидатом для этого типа высокоскоростной автоматизации с низкой нагрузкой. [7]

В начале 1980-х годов Реймонд Клавель предлагает блестящую идею использования параллелограммов для создания параллельного робота с тремя поступательными степенями свободы и одной вращательной. Клавель называет свое создание роботом Delta, не подозревая, что на рубеже веков он зарекомендует себя как один из самых успешных параллельных роботов с несколькими сотнями активных роботов по всему миру. В 1999 году доктор Клавель получил награду Golden Robot Award, спонсируемую ABB Flexible Automation, за инновационную работу над параллельным роботом Delta. [8]

На рисунке 9 приведена схема дельта-робота из патента US4976582
от 11.12.1990 на «Устройство для перемещения и позиционирования элемента в пространстве». Робот состоит из двух платформ: неподвижно закрепленного верхнего основания (1) и небольшой подвижной платформы (8), соединенных тремя рычагами. Каждый рычаг состоит из двух частей: верхнее плечо (4) жестко соединено с двигателем (3), расположенным на верхнем основании, а нижнее представляет собой параллелограмм (5),
в углах которого установлены так называемые универсальные шарниры
(6, 7), которые позволяют углам изменяться. Каждый параллелограмм соединен с верхним рычагом шарниром (16) таким образом, чтобы его верхняя сторона всегда оставалась перпендикулярной своему рычагу и параллельной плоскости верхнего основания. Благодаря этому подвижная платформа робота, прикреплённая к нижним сторонам параллелограммов, также будет всегда параллельной верхнему основанию. Управлять положением платформы можно, изменяя угол поворота верхних рычагов относительно основания робота при помощи двигателей. В центре нижней платформы (8) крепится рабочий орган робота (9). Это может быть манипулятор, захватывающее устройство или, например, экструдер в случае 3D принтера. Дополнительно может использоваться ещё один двигатель (11), который обеспечивает вращение рабочего органа через штангу (14). [9]

Рисунок 9. Схема дельта-робота (из патента США № 4,976,582)

Таким образом, основная идея разработки параллельного дельта-робота заключается в использовании параллелограммов. Использование трех параллелограммов полностью ограничивает ориентацию мобильной платформы, которая остается только с тремя поступательными степенями свободы. Входные звенья трех параллелограммов установлены на вращающихся рычагах с помощью поворотных соединений. Поворотные соединения вращающихся рычагов приводятся в действие двумя различными способами: с помощью вращательных двигателей (сервопривод постоянного или переменного тока) или с линейными приводами. Наконец, четвертая штанга используется для передачи вращательного движения от основания к конечному рабочему органу, установленному на мобильной платформе. [8]

Рисунок 10. Первый прототип дельта-робота (январь 1986)

Главным преимуществом дельта-роботов является скорость: тяжелые двигатели размещены на неподвижном основании, движутся только рычаги и нижняя платформа, которые стараются изготавливать из легких композитных материалов, уменьшая тем самым их инерцию. [9]

Использование приводов, установленных на основании, и маломассивных соединений позволяет мобильной платформе достигать ускорений до 50 G в экспериментальных условиях и до 12 G в промышленных приложениях. Это делает робота Delta идеальным кандидатом для захвата и размещения легких объектов (от 10 г до 1 кг). [8]

Роботы ABB

В последние 15 лет, промышленный робот ABB IRB 360 FlexPicker был лидером в современной технологии скоростной укладки и упаковки. Робот имеет превосходные показатели по движению с самым коротким временем цикла, точность и высокую грузоподъемность. Программное обеспечение PickMaster было разработано для легкого использования и простой интеграции. [10]

Модельный ряд IRB 360 состоит из 4 моделей. Компактная модель
IRB 360-1/800 имеет рабочую зону диаметром 800 мм. Его небольшая установочная площадь позволяет интегрировать робота в компактные упаковочные машины. [10]

Основные достоинства:

- высокая скорость;

- высокая грузоподъемность – до 8 кг;

- специальный дизайн для промывочных приложений;

- высокие способности по перемещению;

- интегрированная система технического зрения;

- интегрированное управление конвейером.[10]

В таблице 1 приведена спецификация роботов ABB модельного ряда IRB 360. В таблице 2 указано время цикла для данных роботов. Время цикла в таблице 2 измерено в реальных условиях. Однако время цикла может изменяться в зависимости от приложения (инструмента, траектории, активации захвата и т.п.).

Таблица 1. Спецификация роботов ABB IRB 360

Версии	Грузоподъемность	Радиус действия	Количество осей
IRB 360-1/800	1 кг	800 мм	4
IRB 360-1/1130	1 кг	1130 мм	3/4
IRB 360-3/1130	3 кг	1130 мм	3/4
IRB 360-1/1600	1 кг	1600 мм	4
IRB 360-6/1600	6 кг	1600 мм	4
IRB 360-8/1130	8 кг	1130 мм	4

Таблица 2. Время цикла роботов ABB IRB 360

	0.1 кг	1 кг	3 кг	6 кг	8 кг
25/305/25 (мм)
IRB 360-1/1130	0.30	0.36
IRB 360-3/1130	0.40	0.40	0.52
IRB 360-8/1130		0.38	0.42		0.60
IRB 360-1/1600	0.35	0.40
IRB 360-6/1600		0.43	0.48	0.60
90/400/90 (мм)
IRB 360-1/1130	0.44	0.51
IRB 360-3/1130	0.60	0.60	0.75
IRB 360-8/1130		0.55	0.65		0.92
IRB 360-1/1600	0.50	0.54
IRB 360-6/1600		0.57	0.63	0.80

Рисунок 11. Робот ABB IRB 360-8/1130 (слева) и робот ABB IRB 360-6/1600 (справа)

Рисунок 12. Окно программы PickMaster

Роботы FANUC

Дельта-роботы FANUC представлены тремя сериями M-1, M-2 и M-3.

Серия M-1 высокоскоростных сборочных роботов производится в комплектации с 3, 4 или 6 осями и подходит для выполнения широкого спектра задач с максимальной рабочей нагрузкой 1 кг и радиусом действия до 420 мм. Благодаря большому диапазону монтажных положений этих роботов можно непосредственно устанавливать на самое компактное оборудование. Обладая подвижностью, сравнимой с гибкостью человеческой кисти, эти роботы представляют собой альтернативу сложной и дорогостоящей автоматизации механическими средствами. [11]

Серия M-2 была разработана с учетом различных потребностей в площади и предназначена для выполнения целого ряда высокоскоростных операций транспортировки, захвата, упаковывания и перемещения. Роботы доступны в комплектации с тремя или четырьмя осями, обладают грузоподъемностью до шести кг и максимальной досягаемостью 1,13 м. [11]

Роботы серии M-3 доступны в комплектации с 3, 4 или 6 осями и специально разработаны для максимального повышения скорости и гибкости производственного процесса, заключающегося в выполнении высокоскоростных операций перемещения и захвата деталей малого размера, в целом ряде отраслей, включая пищевую, фармацевтическую и электронную промышленность. За счет конструкции с параллельной кинематикой и широкого радиуса рабочей зоны эти роботы являются подходящим решением для автоматизации ответственных процессов, с которыми традиционные последовательные манипуляторы или роботы с кинематической схемой типа SCARA не справляются. [11]

Приложение FANUC ROBOGUIDE выполняет симуляцию как движений робота, так и команд для конкретной сферы применения и обеспечивает экономию времени при создании новых настроек движения. Чтобы гарантировать минимальное влияние на производство, модули можно разрабатывать, тестировать и изменять полностью автономно. Чтобы сократить время на трехмерное моделирование, модели деталей можно импортировать из персонального компьютера в виде данных САПР. Большая библиотека программного обеспечения для симуляции позволяет пользователям выбирать и изменять детали и размеры. Для работы с интуитивно-понятным и чрезвычайно простым в использовании приложением ROBOGUIDE требуется минимальное обучение. Оно также доступно со специализированными инструментальными средствами для конкретных сфер применения. Приложение ROBOGUIDE позволяет предварительно запрограммировать роботов перед установкой в модуль, а также просмотреть и подтвердить траектории перемещения робота перед загрузкой программ в реальный робот. [11]

Таблица 3. Спецификация роботов FANUC серий M-1, M-2 и M-3

Версии	Грузоподъемность	Радиус действия	Количество осей
M-1 i A/0.5A	0,5-1 кг	280 мм	6
M-1 i A/0.5AL	0,5-1 кг	420 мм	6
M-1 i A/0.5S	0,5-1 кг	280 мм	4
M-1 i A/0.5SL	0,5-1 кг	420 мм	4
M-1 i A/1H	1 кг	280 мм	3
M-1 i A/1HL	1 кг	420 мм	3
M-2 i A/3A	3 кг	800 мм	6
M-2 i A/3AL	3 кг	1130 мм	6
M-2 i A/3S	3 кг	800 мм	4
M-2 i A/3SL	3 кг	1130 мм	4
M-2 i A/6H	6 кг	800 мм	3
M-2 i A/6HL	6 кг	1130 мм	3
M-3 i A/12H	12 кг	1350 мм	3
M-3 i A/6H	6 кг	1350 мм	6
M-3 i A/6S	6-8 кг	1350 мм	4

Рисунок 13. Робот FANUC M-1 i A/0.5AL (слева), робот FANUC M-2 i A/3S
(в центре) и робот FANUC M-3 i A/12H (справа)

Роботы Kawasaki

Дельта-роботы Kawasaki серии Y могут использоваться для погрузочно-разгрузочных и сборочных работ в различных отраслях промышленности, включая пищевую, фармацевтическую, косметическую, электронную, машинную и солнечные панели. Роботы серии Y способны к высокоскоростному движению в широком диапазоне, что помогает ускорить производственные линии. Серия Y включает две модели: YF003N с грузоподъемностью 3 кг и YF002N с грузоподъемностью 2 кг. Они способны к высокоскоростному движению в широком диапазоне, что помогает ускорить производственные линии. [12]

Таблица 4. Спецификация роботов Kawasaki серии Y

Версии	Грузоподъемность	Радиус действия	Количество осей
YF002N	2 кг	600 мм	4
YF003N	3 кг	1300 мм	4

Рисунок 14. Робот Kawasaki YF002N (слева) и робот Kawasaki YF003N (справа)

K-ROSET – это программное обеспечение Kawasaki для автономного моделирования роботов. Этот инструмент позволяет пользователю добавлять 3D-модели роботов Kawasaki, периферийного оборудования, инструментов и деталей роботов в виртуальную среду и создавать рабочие места для автоматизации нескольких роботов. Программное обеспечение эмулирует процессы реального контроллера робота Kawasaki и позволяет пользователю взаимодействовать с трехмерной моделью робота с помощью экранов и кнопок. Пользователь может построить полное трехмерное представление рабочей среды, написать код робота для конкретного приложения, а затем запустить код робота, наблюдая за движением и логикой робота, не выходя из экрана ноутбука. [12]

K-ROSET имеет несколько встроенных инструментов для максимизации эффективности моделирования, таких как обнаружение столкновений, анализ времени цикла и анализ положения установки. Функция обнаружения столкновений предупреждает пользователя, если объекты сталкиваются во время работы программы. Поскольку симуляция обрабатывается виртуальным контроллером робота, инструмент анализа траекторий и времени цикла дает очень точные результаты. Пользователь может вывести видеофайл виртуальной рабочей среды 3D для использования при обзорах дизайна и презентациях по продажам. [12]

Роботы Yaskawa

Дельта-роботы Yaskawa представлены серией MPP. Они шустрые, точные и эффективные, подходят для задач сборки, упаковки, комплектации, сбора и размещения и упаковки. [13]

Набор пакетов специального программного обеспечения и инструментов Yaskawa Motoman позволяет легко контролировать, диагностировать и исправлять различные компоненты роботизированной системы. [13]

Robot Manager – это решение для персонального компьютера на базе Windows для устранения неполадок в работе роботов и устранения неполадок в режиме реального времени. Robot Manager связывается напрямую с контроллером робота с помощью высокоскоростного Ethernet, предоставляя возможность просматривать и редактировать задания робота, операции ввода-вывода и переменные. [13]

Таблица 5. Спецификация роботов Yaskawa серии MPP