Att designa en kabeldriven manipulator för samarbete med människor är en komplex men ändå givande strävan. Som leverantör av kabeldrivna manipulatorer har jag bevittnat den växande efterfrågan på dessa innovativa maskiner i olika industrier. I det här blogginlägget kommer jag att dela med mig av några insikter om hur man designar en kabeldriven manipulator som kan arbeta säkert och effektivt tillsammans med mänskliga operatörer.
Förstå kraven
Det första steget i att designa en kabeldriven manipulator för samarbete mellan människa och robot är att förstå de specifika kraven för applikationen. Detta innebär att man beaktar faktorer som arbetsytan, de uppgifter som ska utföras, nyttolastkapaciteten och säkerhetsstandarderna.
Arbetsplatsanalys
Manipulatorns arbetsyta är en avgörande faktor. Den bör utformas för att passa in i den befintliga arbetsmiljön utan att störa mänskliga operatörer eller annan utrustning. Analysera tillgänglig golvyta, takhöjd och eventuella hinder. Till exempel i en tillverkningsanläggning kan manipulatorn behöva arbeta i ett begränsat område mellan produktionslinjer.
Uppgiftsdefinition
Definiera tydligt de uppgifter som manipulatorn ska utföra. Dessa kan sträcka sig från enkla plock-och-place-operationer till mer komplexa monteringsuppgifter. Att förstå uppgifterna kommer att hjälpa till att bestämma de nödvändiga graderna av frihet, räckvidd och precision för manipulatorn. Till exempel, om uppgiften innefattar montering av små komponenter, är hög precision och finkontroll av sluteffektorn nödvändig.
Lastkapacitet
Bestäm den maximala nyttolasten som manipulatorn behöver hantera. Detta beror på vikten av de föremål som manipuleras. En kabeldriven manipulator designad för samarbete kan behöva hantera en rad olika nyttolaster, från lätta föremål till måttligt tunga komponenter.
Säkerhetsstandarder
Överensstämmelse med säkerhetsstandarder är inte förhandlingsbart när man designar en manipulator för samarbete mellan människa och robot. Standarder som ISO/TS 15066 ger riktlinjer för säkerhetskraven för kollaborativa robotar. Manipulatorn bör vara konstruerad för att förhindra skada på mänskliga operatörer, även i händelse av fel.
Kabel - Driven Manipulator Grunderna
Innan du går in i designprocessen är det viktigt att förstå de grundläggande principerna för kabeldrivna manipulatorer.
Kabelarrangemang
Arrangemanget av kablar är en nyckelaspekt i designen. Kablar används för att överföra krafter och kontrollera rörelsen av manipulatorns länkar. Olika kabelarrangemang kan ge olika nivåer av styvhet, precision och rörelseomfång. Till exempel kan ett parallellkabelarrangemang erbjuda hög styvhet, medan ett seriekabelarrangemang kan ge ett större rörelseomfång.
Aktivering och kontroll
Kabeldrivna manipulatorer manövreras vanligtvis av motorer som styr spänningen i kablarna. Exakt kontroll av kabelspänningen är avgörande för korrekt positionering och rörelse av manipulatorn. Avancerade styralgoritmer, såsom PID (Proportional - Integral - Derivative) styrning, kan användas för att bibehålla önskad kabelspänning och position.
Slut - Effektor Design
Sluteffektorn är den del av manipulatorn som interagerar med objekten. Det kan vara en enkel gripare för att plocka och placera föremål eller ett mer komplext verktyg för att utföra specifika uppgifter. Utformningen av sluteffektorn bör skräddarsys efter applikationens krav. Till exempel kan en vakuumgripare vara lämplig för att hantera platta föremål, medan en mekanisk gripare kan användas för att greppa oregelbundet formade föremål.
Designöverväganden för människa-robotsamarbete
När man designar en kabeldriven manipulator för samarbete med människor, spelar flera ytterligare överväganden in.
Säkerhetsfunktioner
Säkerhetsfunktioner är av yttersta vikt. Ett tillvägagångssätt är att använda kraftavkänningsteknik för att upptäcka när manipulatorn kommer i kontakt med en mänsklig operatör. Om en kollision upptäcks kan manipulatorn omedelbart stanna eller minska hastigheten. En annan säkerhetsfunktion är användningen av mjuka material på utsidan av manipulatorn för att minimera påverkan vid kontakt.
Människan - Maskingränssnitt
Ett väl utformat gränssnitt mellan människa och maskin (HMI) är avgörande för effektivt samarbete. HMI bör tillåta mänskliga operatörer att enkelt interagera med manipulatorn, såsom programmeringsuppgifter, övervaka manipulatorns status och utfärda kommandon. Till exempel kan ett pekskärmsgränssnitt tillhandahålla ett användarvänligt sätt för operatörer att styra manipulatorn.
Efterlevnad och anpassningsförmåga
Manipulatorn bör vara följsam och anpassningsbar till mänskliga operatörers handlingar. Detta innebär att den kan justera sin rörelse baserat på input från den mänskliga operatören. Till exempel, om en mänsklig operatör guidar manipulatorn till en viss position, bör manipulatorn kunna följa och hjälpa till med att slutföra uppgiften.
Välja rätt komponenter
Att välja rätt komponenter är avgörande för den kabeldrivna manipulatorns prestanda och tillförlitlighet.
Kablar
Välj kablar av hög kvalitet som tål spänningar och slitage under drift. Kablarna ska ha ett högt hållfasthets-till-viktförhållande och god flexibilitet. Olika typer av kablar, såsom stålkablar eller syntetkablar, kan användas beroende på applikationskraven.
Motorer och ställdon
Välj motorer och ställdon som kan ge det nödvändiga vridmomentet och hastigheten för manipulatorn. Servomotorer används ofta i kabeldrivna manipulatorer på grund av deras exakta kontrollmöjligheter. Motorerna ska också kunna arbeta tyst för att undvika att störa mänskliga operatörer.
Sensorer
Sensorer spelar en viktig roll i driften av manipulatorn. Kraftsensorer kan användas för att upptäcka kollisioner och mäta de krafter som appliceras under uppgifter. Positionssensorer, såsom pulsgivare, kan användas för att övervaka positionen för manipulatorns länkar. Synsensorer kan ge ytterligare information om arbetsytan och de föremål som manipuleras.
Integration med befintliga system
I många fall behöver den kabeldrivna manipulatorn integreras med befintliga system på arbetsplatsen.
Kommunikationsprotokoll
Se till att manipulatorn kan kommunicera effektivt med annan utrustning och system. Standardkommunikationsprotokoll, såsom Ethernet/IP eller Modbus, kan användas för att upprätta kommunikation mellan manipulatorn och andra enheter, såsom programmerbara logiska styrenheter (PLC) eller människa-maskin-gränssnitt.
Kompatibilitet med Workflow
Manipulatorn bör utformas för att passa in i det befintliga arbetsflödet på arbetsplatsen. Detta kan innebära att man samordnar driften av manipulatorn med andra maskiner och mänskliga operatörer. Till exempel i ett löpande band bör manipulatorn kunna arbeta i synk med andra robotar och arbetare för att säkerställa en smidig produktion.
Fallstudier och exempel
För att illustrera designprocessen, låt oss titta på några fallstudier.
Lätt jibbkran
ALätt jibbkrankan användas i en småskalig tillverkningsmiljö för samarbete. Den är designad för att hantera lätta laster och har en kompakt design som kan passa in i en begränsad arbetsyta. Det kabeldrivna systemet ger exakt kontroll och möjliggör enkel förflyttning av ändeffektorn.
Mobil hydraulisk kran
DeMobil hydraulisk kranär lämplig för utomhusapplikationer där rörlighet krävs. Den kan användas på byggarbetsplatser för uppgifter som att lyfta och placera byggmaterial. Den kabeldrivna mekanismen i kombination med hydrauliska ställdon ger hög nyttolastkapacitet och stabilitet.
Pelarmonterad jibbkran
DePelarmonterad jibbkranär idealisk för applikationer där manipulatorn behöver fästas på en pelare eller en vägg. Den kan användas i verkstäder för uppgifter som maskinlastning och lossning. Den kabeldrivna designen möjliggör ett brett rörelseområde och exakt positionering.
Slutsats
Att designa en kabeldriven manipulator för samarbete med människor kräver en omfattande förståelse av applikationskraven, kabeldriven teknik och säkerhetsstandarder. Genom att noggrant överväga faktorerna som diskuteras i det här blogginlägget kan du designa en manipulator som är säker, effektiv och effektiv när det gäller att arbeta tillsammans med mänskliga operatörer.
Om du är intresserad av att lära dig mer om våra kabeldrivna manipulatorer eller har specifika krav för din applikation, uppmuntrar vi dig att kontakta oss för en detaljerad diskussion. Vårt team av experter är redo att hjälpa dig att hitta den bästa lösningen för dina behov.
Referenser
- ISO/TS 15066:2016, Robotar och robotenheter — Kollaborativa robotar.
- Sicily, B., & Chatib, O. (Eds.). (2016). Speinger av robotik. Springer.
- Spong, MW, Hutchinson, S., & Vidyasagar, M. (2006). Robotmodellering och kontroll. Wiley.
