A vrijdragende robotis een type robotarm dat gebruik maakt van een cantilever-ontwerp om een groter horizontaal bereik te bieden terwijl een relatief compact verticaal profiel behouden blijft. Vrijdragende robotarmen bestaan uit een verticale kolom die een horizontale arm ondersteunt die naar buiten steekt. Door deze configuratie heeft de arm toegang tot een groot werkbereik terwijl hij een minimaal vloeroppervlak in beslag neemt.
Cantilever-robots zijn bij uitstek geschikt voor materiaalbehandeling en pick-and-place-toepassingen waarbij een groot bereik vereist is. Ze blinken uit in het laden en lossen van transportbanden, palletiseermachines, CNC-machines, verzendruimtes en andere processen waarvoor horizontale toegang over een brede lay-out nodig is. Enkele aanvullende toepassingen die profiteren van de mogelijkheden van een cantileverrobot zijn onder meer:
Machinenaaien
Dankzij hun grotere bereik hebben vrijdragende robots gemakkelijk toegang tot meerdere machines in een werkcel. Ze kunnen onderdelen laden en lossen, gereedschappen verwisselen, verbruiksartikelen zoals bevestigingsmiddelen of lasdraad toevoegen en afgewerkte onderdelen met uitstekende flexibiliteit verwijderen. Door gebruik te maken van een vrijdragende arm kunnen alle machines in de cel tegen één muur worden geplaatst, waardoor de totale celvoetafdruk wordt geminimaliseerd.
Kies en plaats
Vrijdragende robotarmen lenen zich goed voor repetitieve pick-and-place-taken. Dankzij hun grote horizontale reikwijdte hebben ze toegang tot pickposities die ver uit elkaar liggen, zoals op transportbanden of op grote werktafels. Onderdelen kunnen vervolgens worden overgebracht en nauwkeurig worden geplaatst voor vervolgbewerkingen zoals inspectie, verpakken of palletiseren.
Palletiseren
Voor het laden en lossen van pallets is het vaak nodig om naar de andere kant van een pallet te reiken. Een cantileverrobot kan de breedte of lengte van een pallet overspannen voor een volledige dekking, waardoor dozen, zakken en andere goederen gemakkelijk kunnen worden geplaatst en opgehaald. Cantilever-robots helpen het vloeroppervlak te optimaliseren, omdat pallets langs de brede zijden van de arm kunnen worden geplaatst zonder het bewegingsbereik van de robot te beperken.
Uitgifte
Toepassingen zoals het aanbrengen van kit langs een voorruit of het aanbrengen van lijmpunten op printplaten vereisen een consistente plaatsing van rupsen of punten over een breed pad. Vrijdragende robotarmen blinken uit in deze taken, omdat hun grotere bereik het mogelijk maakt om over een lange lineaire afstand te spuiten of te stippelen zonder dat de robot hoeft te worden verplaatst of extra assen hoeven te worden gebruikt.
Hoe cantilever-robots werken
Cantilever-robots zorgen voor horizontale verlenging met behulp van een tweedelige arm die is verbonden door een verticale kolom. De stationaire onderarm sluit rechtstreeks aan op de kolom. Dit zorgt voor een stevig, stijf platform waarop de basis van de bovenarm kan bewegen. De bovenarm strekt zich naar buiten uit, waarbij de pols en de eindeffector zijn verbonden met het eindpunt. Door gemeten bewegingen van de kolom, onderarm en bovenarm te coördineren, positioneert de robot de eindeffector nauwkeurig in de 3D-ruimte.
De kolom bevat de servomotoren van de robot, de overbrenging en de interne bekabeling die de beweging van de arm aandrijven en controleren. Dit strakke, op zichzelf staande ontwerp scheidt het werkgedeelte van de robot van de aandrijfcomponenten. De kolom wordt op de vloer gemonteerd, terwijl de verticale balk en armen alle pick-and-place-bewegingen kunnen verwerken. Deze op de vloer gemonteerde kolom vermijdt potentiële stabiliteitsproblemen die bovenliggende portalen kunnen tegenkomen door trillingen en slingeringen, veroorzaakt door een plafondverbinding, te beperken. Het concentreert ook alle gewicht, krachten en buigmomenten veilig in de vloer, in plaats van dat er speciale structurele ondersteuning boven het hoofd nodig is.
Cantilever-robots maken gebruik van verschillende motoropstellingen om hun armen te manoeuvreren, meestal elektrische servo's of hydraulische aandrijvingen. Elektrisch aangedreven cantilever-robotarmen maken gebruik van precisieservomotoren op elk aspunt: kolom, onderarm en bovenarm. Elke motor roteert zijn overeenkomstige straalsegment via ingewikkelde positiecontrolecircuits. Goed ontworpen elektrische cantileverarmen bieden een zeer nauwkeurige, responsieve beweging, perfect voor complexe paden of processen die frequente wisselingen vereisen. Hydraulisch bediende cantilever-robotarmen werken met hydraulische vloeistofdruk in plaats van met elektromotoren. Ze hebben de neiging om een langzamere maar krachtigere beweging te bieden voor een hoog laadvermogen. Hydraulische armen bieden ook meer flexibiliteit waar weerstand tegen afspoelen nodig is.
Om hun grote werkgebied nauwkeurig te kunnen bereiken, maken vrijdragende robotarmen gebruik van geavanceerde montage-, krachtoverbrengings- en interne controlemechanismen. De kolombasis wordt meestal rechtstreeks op de vloer vastgeschroefd, wat maximale stabiliteit biedt. Tandwielen, lagers en riemen van gehard staal verdelen de krachten over de armen en voorkomen speling. Encoders geven positiefeedback aan de controller, waardoor deze de beweging van elk segment nauwlettend kan volgen en regelen. Deze combinatie van robuuste mechanische componenten met geavanceerde elektronische bedieningselementen zorgt ervoor dat snelle, herhaalbare bewegingen voortkomen uit de coördinatie van elke as.
Voor-en nadelen
Cantilever-robots bieden een groot horizontaal bereik binnen een minimale footprint en bieden unieke voordelen en toepassingsspecifieke beperkingen. Ingenieurs evalueren deze voor- en nadelen bij het bepalen van de beste robotarmconfiguraties voor verschillende industriële processen.
Enkele voordelen van het gebruik van een robotarm in cantilever-stijl zijn:
- Uitgebreid horizontaal bereik – Het bepalende kenmerk van cantilever-robots is hun lange horizontale bereik, dat bij sommige modellen meer dan zes meter bedraagt. Dit maakt een brede toegang mogelijk zonder de basis te verplaatsen.
- Compacte voetafdruk – Door de benodigde verticale ruimte te consolideren in twee belangrijke kolommen – één voor de stationaire onderarm en één die de bovenarm begeleidt – besparen cantileverrobots enorm op vloeroppervlak vergeleken met cartesiaanse portalen.
- Eenvoudige vloermontage – Vrijdragende robots hebben slechts één verankerd kussen nodig en vermijden de complexiteit van installatie boven het hoofd.
- Hoge stijfheid – Vrijdragende armen behouden een uitstekende stijfheid bij alle ondersteunde lasten. Het stationaire onderste gedeelte biedt uitzonderlijke torsieweerstand, terwijl het geleide bovenste gedeelte doorbuiging weerstaat.
- Schaalbare ladingen – Verschillende cantilever-robots ondersteunen ladingen variërend van een paar kilogram voor delicate taken tot honderden kilogrammen voor het transport van zwaar materiaal. Grotere reikwijdten verminderen het maximale laadvermogen.
- Kosteneffectief – De cantileverconfiguratie minimaliseert de componenten die nodig zijn om lange horizontale toegang te realiseren. Dit maakt ze betaalbaarder dan veel traditionele portaaloplossingen.
Enkele nadelen waarmee u rekening moet houden bij robotarmen in vrijdragende stijl zijn:
- Verticale bereikbeperkingen – Met een onderste vaste arm en een bovenste verschuifbare arm bieden vrijdragende robots een kleiner Z-asbereik dan gelede robots met 6--assen. Ze blinken uit in overdrachtstaken op lage hoogte in plaats van het stapelen of laden van hogere constructies.
- Precisie neemt af bij volledige extensie – Doorbuiging langs een uitgestrekte arm maakt het moeilijker om fijne nauwkeurigheid te bereiken op lange afstanden. Effectieve cantilever-robots maken gebruik van geoptimaliseerde structurele componenten om de stijfheid te maximaliseren.
- Botsingsrisico's nabij de basis – Omdat hun werkbereik zich achter en naast de kolom uitstrekt, moeten voorzorgsmaatregelen worden genomen tegen het belemmeren van de verticale armbeweging of het stoten van de kolom zelf.
Voorbeelden van cantilever-robots
De huidige markt biedt meer vrijdragende robotmodellen dan ooit van gerenommeerde fabrikanten. Bij verschillende laadvermogens, maximale reikwijdten, montagestijlen en omgevingen mechaniseren ingenieus ontworpen cantileverarmen een grote verscheidenheid aan productie. Enkele opmerkelijke en recent uitgebrachte industriële robotarmen in cantilever-stijl zijn onder meer:
- FANUC CR-15iA – Dit compacte elektrische model ondersteunt 15 kg met een horizontaal bereik van meer dan 5 meter. Het kleine vloeroppervlak neemt minimale lijnruimte in beslag, terwijl hoge snelheden tot 10 m/s worden gehandhaafd.
- ABB IRB 940 – Dit gedeeltelijk gesloten model biedt een capaciteit van 20 kg over een bereik van 2,55 meter en richt zich op cleanroom-compatibiliteit met uitstekende verontreinigingsbeheersing.
- Yaskawa HC20XP – Met een bereik van maar liefst 11 meter naar buiten bij een maximumgewicht van 20 kg, is deze hydraulisch aangedreven arm geschikt voor materiaaltransport op grote afstanden dankzij soepel gecontroleerd vermogen.
- Omron TM1400 – Een nieuwere robot voor de voedingsindustrie van 7 kg, speciaal gebouwd om bestand te zijn tegen dagelijkse wasbeurten en tegelijkertijd delicate producten voorzichtig te hanteren via elektronische servo's.
- Epson C12XL – Epson breidde zijn cantileveraanbod uit met deze grote arm die 300 kg ondersteunt met een bereik van meer dan 7 meter. Het biedt transportmogelijkheden voor grote onderdelen dankzij het robuuste hefontwerp.
Terwijl vrijdragende robotarmen zich blijven ontwikkelen op het gebied van bereik, flexibiliteit en intelligentie, zullen ze een steeds grotere rol gaan spelen in de opslag, logistiek en geautomatiseerde productie. Cantilever-robots zijn al cruciale componenten voor de goederenoverdracht en machinetoegang en zullen hun unieke lange bereik verder demonstreren naarmate de vraag naar geoptimaliseerde productie-indelingen blijft stijgen.
Samenvatting
Industriële cantilever-robots maken gebruik van de belangrijkste voordelen van horizontale uitbreiding en compactheid om omvangrijke pick-and-place-taken te optimaliseren. Hoewel het universele bewegingsbereik van gelede ontwerpen ontbreekt, is het uitzonderlijke voorwaartse bereik van de cantileverarm, gecombineerd met de uitstekende op de kolom gemonteerde stabiliteit, geschikt voor goed afgestemde toepassingen in geautomatiseerde fabrieken en verwerkingscentra. Nu flexibele automatisering een universeel aspect van de concurrentiestrijd wordt, zullen speciaal gebouwde cantilever-armen een belangrijke niche blijven vormen en de productiestroom over uitgestrekte faciliteiten maximaliseren. Hun distale service maakt efficiënte lijnontwerpen mogelijk, waardoor cantilever-robots essentiële spelers worden in de moderne, flexibele productieomgeving.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. is een hightech onderneming gespecialiseerd in R&D, productie en verkoop van automatische lasercladmachines, hogesnelheidslasercladmachines, laserblusmachines, laserlasmachines en laser 3D-printapparatuur. Onze producten zijn kosteneffectief en worden in binnen- en buitenland verkocht. Als u geïnteresseerd bent in onze producten, neem dan contact met ons op viabob@gshenglaser.com.
Enkele belangrijke referenties die in dit artikel worden gebruikt, zijn onder meer:
- Budnick, Frank. "Een vooruitblik op de nieuwste cantilever-robotarmen". Montage tijdschrift. Mei 2022. https://www.assemblymag.com
- Productbrochures. Fanuc, ABB, Yaskawa, Omron, Epson. Geraadpleegd in november 2023.
- Sullivan, William. "Voor-, nadelen en vooruitgang in robots in cantilever-stijl". IEEE Robotics & Automation-tijdschrift. Juni 2021. https://ieeexplore.ieee.org