Konzept des kartesischen Roboters: In industriellen Anwendungen ist ein kartesischer Roboter ein multifunktionaler Manipulator mit mehreren Freiheitsgraden, der sich automatisch steuern, reprogrammieren und Objekte manipulieren kann. Seine Freiheitsgrade bilden dabei einen rechten Winkel im Raum. Er kann Objekte bewegen und Werkzeuge handhaben, um verschiedene Aufgaben zu erfüllen. Die Definition eines Roboters entwickelt sich mit dem technologischen Fortschritt stetig weiter, und auch die Bedeutung des kartesischen Roboters als Robotertyp wird kontinuierlich präzisiert. Merkmale kartesischer Roboter: 1. Bewegung mit mehreren Freiheitsgraden, wobei zwischen jedem Freiheitsgrad ein rechter Winkel besteht. 2. Automatische Steuerung und Reprogrammierbarkeit; alle Bewegungen folgen einem Programm. 3. Bestehen in der Regel aus einem Steuerungssystem, einem Antriebssystem, einem mechanischen System und einem Manipulator. 4. Flexibel und multifunktional; die Funktionen variieren je nach Manipulator. 5. Hohe Zuverlässigkeit, hohe Geschwindigkeit und hohe Präzision. 6. Geeignet für den Einsatz in rauen Umgebungen, für den Dauerbetrieb und einfach zu bedienen und zu warten. Anwendungen von kartesischen Robotern: Dank ihrer vielfältigen Endeffektoren lassen sich kartesische Roboter problemlos als Automatisierungsanlagen für unterschiedlichste Aufgaben einsetzen, darunter Schweißen, Handhabung, Be- und Entladen, Verpacken, Palettieren, Depalettieren, Inspektion, Fehlererkennung, Sortieren, Montage, Etikettieren, Tintenstrahldruck, Codieren, (digitales) Lackieren, Zielverfolgung und Kampfmittelbeseitigung. Sie eignen sich besonders für flexible Prozesse mit einer Vielzahl von Produkten und großen Losgrößen und tragen maßgeblich zur Stabilisierung und Verbesserung der Produktqualität, zur Steigerung der Arbeitsproduktivität, zur Optimierung der Arbeitsbedingungen und zur schnellen Produktaktualisierung bei. Nach dem Verständnis der Eigenschaften und Anwendungsbereiche kartesischer Roboter stellt sich die Frage: Wie konstruiert man einen kartesischen Roboter? Dieser Artikel, basierend auf der langjährigen Konstruktionserfahrung und erfolgreichen Fallstudien von Rio Tinto, geht darauf ein: I. Merkmale der Roboterkonstruktion: 1. Die Roboterkonstruktion ist eine komplexe Aufgabe mit hohem Arbeitsaufwand, die ein breites Wissensspektrum erfordert und oft die Zusammenarbeit mehrerer Personen voraussetzt. 2. Die Roboterkonstruktion ist kundenorientiert und kein geschlossener Prozess. Designer müssen häufig mit Anwendern zusammenarbeiten, deren Anforderungen kontinuierlich analysieren und Lösungen suchen. 3. Roboterdesign ist fertigungsorientiert. Selbst das beste Design ist nutzlos, wenn die Fabrik das Produkt nicht herstellen kann. Designer müssen daher eine Vielzahl von Fertigungsprozessen und -methoden beherrschen. 4. Roboterdesign ist ein kontinuierlicher Verbesserungsprozess. II. Roboterdesignprozess: 1. Analyse der Nutzungsanforderungen: Jeder Roboter wird nach spezifischen Anforderungen konstruiert. Der erste Schritt im Designprozess ist die genaue Analyse dieser Anforderungen. Zu den Parametern, die im Designprozess festgelegt werden müssen, gehören: Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit des Roboters; Größe und Charakteristik der Roboterlast; Anzahl der Freiheitsgrade und Verfahrweg pro Freiheitsgrad; Arbeitszyklus bzw. Geschwindigkeit und Beschleunigungs-/Verzögerungscharakteristik des Roboters; Bewegungstrajektorie und Bewegungskorrelation des Roboters; Arbeitsumgebung und Installationsmethode des Roboters; Betriebszyklus und Lebensdauer des Roboters. Besondere Anforderungen. 2. Erstellung des mechanischen Grundmodells: Roboter lassen sich anhand ihrer mechanischen Struktur grob in Portal-, Wand- und Vertikalstrukturen einteilen. Die Wahl der Struktur hängt von den Anforderungen des Installationsraums ab. Jede Struktur weist unterschiedliche mechanische und kinematische Eigenschaften auf. Nachfolgende Konstruktionen müssen auf einer definierten Struktur basieren. Berechnung der Bewegungsleistung: Die relevanten Parameter sind: Durchschnittsgeschwindigkeit: V = S/t; Höchstgeschwindigkeit: V_max = at; Beschleunigung/Verzögerung: a = F/m. Dabei gilt: S ist der Bewegungshub; t ist die Positionierzeit; F ist die Antriebskraft während der Beschleunigung; M ist die Masse des bewegten Objekts. 3. Analyse der mechanischen Eigenschaften: Ein Roboter besteht aus mehreren Positioniereinheiten, und jedes Positioniersystem muss analysiert werden. Die zu analysierenden Größen sind: Horizontalschub F_x; Normalkraft F_z; Seitenkraft F_y; M_x, M_y, M_z. 4. Nachweis der mechanischen Festigkeit: Jede Positioniereinheit und jeder Träger muss geprüft werden, insbesondere beidseitig gelagerte Träger und Kragträger. 1) Berechnung der Durchbiegung: F: Last (N); L: Länge der Positioniereinheit (mm); E: Elastizitätsmodul des Materials; I: Flächenträgheitsmoment des Materials (mm⁴); f: Durchbiegung (mm). Hinweis: Bei der Berechnung der Durchbiegung darf das Eigengewicht des Trägers nicht vernachlässigt werden. Das Eigengewicht des Balkens wird als gleichmäßig verteilte Last berechnet. Die obige Formel berechnet die statische Verformung. Da sich der Roboter in der Praxis ständig bewegt, muss die durch die Beschleunigungskraft verursachte Verformung berechnet werden. Diese Verformung beeinflusst direkt die Betriebsgenauigkeit des Roboters. 2) Berechnung der Torsionsverformung: Wird ein Ende eines Balkens fixiert und am anderen Ende ein Drehmoment um die Achse angelegt, entsteht eine Torsionsverformung. In der Praxis wird diese Verformung in der Regel durch eine exzentrische Lastverteilung oder ein um die Achse beschleunigtes Objekt verursacht. 6. Auswahl der Antriebskomponenten: Gängige Antriebssysteme sind: AC/DC-Servomotorantriebe, Schrittmotorantriebe und Linear-Servomotor-/Linear-Schrittmotorantriebe. Jedes Antriebssystem besteht aus zwei Teilen: einem Motor und einem Treiber. Der Treiber verstärkt das schwache elektrische Signal und leitet es an den Antriebsmotor weiter, um diesen anzusteuern. Der Motor wandelt das elektrische Signal in präzise Drehzahl- und Winkelwerte um. Folgende Größen müssen berechnet werden: Motorleistung, Motordrehmoment, Motordrehzahl, Getriebeuntersetzung, Verhältnis von Motorträgheitsmoment zu Lastträgheitsmoment. Berechnungsformeln und -methoden für andere Antriebsarten erhalten Sie bei Rio Tinto. 7. Konstruktion der mechanischen Struktur: Nach Abschluss der vorherigen sechs Aufgaben wurde im Kopf des Konstrukteurs ein Prototyp eines kartesischen Koordinaten-Roboterpositionierungssystems entwickelt. Im nächsten Schritt wird der Prototyp in technische Zeichnungen für die Produktion umgesetzt. Aufgrund der Bewegungseigenschaften des Roboters empfehlen wir die Verwendung von 3D-Software zur Konstruktion, um mögliche Positionsüberschneidungen zu überprüfen. Die Bewegungsbahn des Roboters ist unvorhersehbar und stark variabel; oft treten an einer Position keine Überschneidungen auf, an der nächsten jedoch schon. 8. Überprüfung der Anlagenlebensdauer: Nach Abschluss der Konstruktion der mechanischen Struktur muss die Lebensdauer der gesamten Anlage berechnet werden. Die Lebensdauer von Kernkomponenten wie Roboterkette, Getriebe und Servomotor muss ebenfalls berechnet werden. Die Betriebslebensdauer des Roboters hängt von der Betriebsgeschwindigkeit, der Lastgröße, der Strukturform, der Arbeitsumgebung und dem Betriebszyklus ab. Sollte sich die Betriebsdauer des Roboters als zu kurz erweisen, muss die Konstruktion angepasst werden. Spezifische Berechnungsmethoden erfahren Sie bei der Shenyang Lituo Company. 9. Auswahl des Steuerungssystems: Ein Roboter ohne Steuerungssystem ist wie ein Mensch ohne Gehirn – er kann keine Aktionen ausführen. Daher bezeichnen wir mechanische Strukturen ohne Steuerungssystem üblicherweise als reine Maschinen oder Roboterpositionierungssysteme. Die Wahl des Steuerungssystems hängt von den Anforderungen ab. Gängige Produkte für Steuerungssysteme sind: große speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), industrielle Bewegungssteuerungskarten und dedizierte Steuerungen für digitale Steuerungssysteme. 10. Programmierung: Die Steuerung ist das Gehirn des Roboters, das Programm seine Gedanken und seine Seele. Die Programmierung spiegelt direkt die Gedanken und Absichten des Konstrukteurs wider. Programmierung ist ein komplexer Prozess, aber solange die Gesamtkonstruktion des Roboters solide ist, lässt sich das Programm immer schreiben. Wichtige Punkte bei der Programmierung: Die Aufgabenanalyse muss klar sein, die Programmhierarchie muss eindeutig sein und die Logik muss klar sein. Zusammenfassend lässt sich sagen: Roboterdesign umfasst ein breites Spektrum an Inhalten und Details und erfordert ständige Weiterbildung und Verbesserung sowie die Festigung und Erweiterung von Fähigkeiten durch praktische Anwendungen. Dieser Artikel bietet lediglich eine kurze Einführung; Interessierte können sich für detaillierte Designunterlagen an uns wenden. Die Firma Lituo ist auf die Entwicklung von Robotern mit kartesischen Koordinaten spezialisiert. Wir arbeiten täglich an Konstruktionsprojekten und sind unseren zahlreichen Kunden dankbar, die uns vielfältige Möglichkeiten und die Ausbildung unserer Konstruktionsmitarbeiter ermöglichen und so zum Wachstum der Firma Lituo beigetragen haben. Gerne teilen wir unser Wissen mit Ihnen und leisten einen Beitrag zur Weiterentwicklung der Robotikindustrie in unserem Land. Kontaktieren Sie Shenyang Lituo Automation Control Technology Co., Ltd. (www.lt-bahrrobot.com)