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二次编码器可提高大型装配应用中的机器人精度

导读 速度,功率和耐用性是工业机器人的关键特征。这些机器人通常用于诸如焊接或提升用于车辆组装的重型部件的应用中。然而,尽管采用了先进的校

速度,功率和耐用性是工业机器人的关键特征。这些机器人通常用于诸如焊接或提升用于车辆组装的重型部件的应用中。然而,尽管采用了先进的校准方法,但工业机器人的定位精度对于某些任务来说还不够。现在,这一点正在改变,部分归功于Heidenhain和AMO的高精度输出侧编码器。

这一发展背后的主要驱动力是航空航天工业,因为它必须对非常大的部件进行高精度的加工操作。机床可以轻松达到所需的精度水平,但要么太灵活,要么太昂贵,因为作业现场和工作空间的专用机器。然而,机器人可以容易地到达非常大的部件(例如飞机机身)上的任何位置,并且可以执行诸如钻孔和铣削的任务。

但是,对于这些类型的应用,必须以足够的精度定位和引导刀具中心点(机器人手臂末端的刀具)。这是经典的工业机器人在极限运行的地方。偏差源于各种因素。

为了达到理想的机动性水平,需要具有连续运动学的机器人,例如具有六个轴的铰接式机器人。这些轴中的每一个都由带齿轮系的伺服电机驱动。零位误差,间隙和关节弹性是不准确的主要原因。加工过程中的应力和动态效应会影响机器人的力学刚度,并对绝对位置精度产生负面影响。

由于采用了先进的校准方法,已经可以将工具中心点重复移动到某个位置,精确到百分之几毫米。根据制造商的不同,符合ISO 9283的铰接式机器人的可重复性为±0.1毫米或更高。

然而,与可重复性相比,机器人坐标系内可实现的绝对位置精度更差十倍。根据其设计,最大范围和最大负载能力,铰接式机器人目前可实现±1毫米的绝对位置精度。这不足以满足航空航天业等行业的精度要求。然而机器人制造商一直在回应这个问题。

高动态电机控制

经典的旋转编码器继续在机器人的轴上提供伺服电机反馈。由于伺服电机需要高控制动力,强大的感应式旋转编码器(如ECI 1100和1300系列)或多圈型号(如EQI 110和1300系列)是此类应用的理想选择。这些编码器可提供高控制质量和系统精度,并可抵抗强烈振动。由于这些编码器具有纯串行EnDat接口,因此即使暴露在强电磁干扰下的应用也不会影响数据传输质量或安全性。

这些感应式旋转编码器支持安全完整性等级SIL 2,类别3 PL d。如果在控制端采取额外措施,它们甚至可以达到SIL 3或4类PL e。这些编码器还提供机械故障排除的额外安全优势,以防止轴和定子连接的松动。通过这种安全组件,这些感应式旋转编码器还可用于为人机协作设计的系统中。

用于精确测量的二级编码器

机器人制造商可以通过在每个机器人轴上使用附加的高精度角度编码器或旋转编码器,显着提高机器人的绝对位置精度。这些所谓的二次编码器安装在每个齿轮系之后,捕获每个机器人关节的实际位置。这允许编码器考虑零位置误差和间隙。还测量由加工任务产生的每个轴上的回溯力。所有这些都使刀具中心点的绝对位置精度提高了70%到80%。

模块化角度编码器,例如带光学扫描的ECA 4000,带感应扫描的ECI 4000旋转编码器和AMO WMR角度编码器,非常适合这些应用。由于采用模块化设计,带有刻度鼓或刻度带和单独的扫描单元,这些编码器非常适用于大型空心轴直径以及由于空间限制而在机器人中经常遇到的具有挑战性的安装要求。这些二级编码器的信号质量明显优于伺服电机上的旋转编码器,这意味着返回的位置值更加准确 - 即使对于高动态运动也是如此。

可移动机器人的精确测量

为了达到非常大或长的部件(例如飞机机身)或

制造大型复合纤维部件的所有加工位置,机器人可沿线性轴上的部件长度移动。对于带有线性驱动器的机器人的高精度定位,封闭式线性编码器的长度可达30米。线性编码器的位置测量可补偿热误差和影响进给机构的其他因素。基于循环滚珠螺杆的螺距和电机上的旋转编码器的角位置,通过传统的位置检测方法无法捕获这些因素。

在所有机器人轴上使用二级编码器,以及使用线性编码器将机器人相对于工件定位,可在刀具中心点实现精确度,从而允许适当配备的工业机器人执行位置精确加工并处理组件上的任务。Heidenhain和AMO的角度和线性编码器不仅提供了所需的系统精度,而且还提供了在复杂和紧凑的机器人机构中安装所需的灵活性。这些编码器对安全相关应用的适用性也使得实现人机协作系统成为可能。