Простая кинематика для специализированных задач

Цилиндрические роботы

Цилиндрические роботы, также известные как колонные, отличаются кинематической схемой, основанной главным образом на движении вокруг вертикальной оси и вдоль оси Z..

Почему стоит рассмотреть цилиндрические роботы?
Простая конструкция и низкие затраты на обслуживание: Меньшее количество сложных шарниров и более простые приводы приводят к снижению потенциальных сбоев и более низким затратам на техническое обслуживание.
Легкость интеграции: Благодаря ограниченному количеству движений (вращение + вертикальное + возможно, вылет), цилиндрический робот может быть проще в программировании и быстрее во внедрении для повторяющихся вращательных приложений.
Экономия места: Колонная конструкция не занимает много места в горизонтальной плоскости, что является преимуществом в тесных цехах или при плотной компоновке рабочих мест.

Цилиндрические роботы (Cylindrical robots)

Конструкция и принцип работы

В отличие от декартовых или шарнирных, цилиндрические роботы отличаются вертикальной колонной (ось Z) и возможностью вращения вокруг этой оси (ось вращения). Во многих конструкциях также добавляется вылет (радиус), который позволяет перемещать инструмент (например, захват) в горизонтальной плоскости.

Механическая конструкция

Привод и управление

Способ движения

В чем заключается простота цилиндрической кинематики?

Основные преимущества

Ключевые преимущества цилиндрических роботов

Цилиндрические роботы могут показаться менее универсальными, чем шарнирные или декартовы роботы, но они обладают рядом характеристик, которые делают их очень привлекательными для определенных применений:

Применение в промышленности

Цилиндрические роботы

Хотя цилиндрические роботы кажутся менее продвинутыми в плане кинематики, чем их шарнирные или декартовы аналоги, в некоторых процессах они оказываются незаменимыми. Ниже представлены наиболее распространенные области их применения:

Вращение и дозирование

Ротационное дозирование жидкостей. Когда дозирующей головке необходимо вращаться вокруг центральной оси и перемещаться по вертикали (Z), цилиндрический робот обеспечивает простоту и повторяемость работы.
Автоматическое нанесение веществ. Краски, клеи, смазки - дозирование вдоль вертикальной оси и вращение для равномерного распределения среды на вращающемся элементе.

Вращающиеся машины и барабаны.

Извлечение деталей из барабана. В процессах, где элементы расположены случайным образом во вращающемся барабане, цилиндрический робот может вращаться вокруг оси колонны, перемещаться по вертикали и эффективно извлекать детали.
Радиальная сортировка. Если рабочие станции расположены по кругу, колонный робот может легко «переключаться» между точками, выполняя вращательное и вертикальное движение.

Простые монтажные операции.

Укладка элементов по вертикали. Когда достаточно точного движения вверх-вниз и вращения для установки деталей в подготовленные гнезда.
Вкручивание винтов или гаек. Ограниченное вращение и изменение высоты могут быть достаточными для однотипных монтажных процессов, без необходимости сложных маневров во многих плоскостях.

Обслуживание машин

Вертикальная нагрузка. Цилиндрический робот может извлекать сырье из одной зоны, поднимать (Z), вращаться, а затем помещать в обрабатывающую машину или на следующую станцию.
Загрузка и разгрузка. Благодаря простоте движений он хорошо работает с машинами круглой компоновки или небольшой рабочей зоной, где операторы хотят автоматизировать только определенную операцию.

Контроль качества и тестирование.

Позиционирование камеры или датчика. Ограниченное вращение и вертикальное движение могут быть достаточными для последовательной проверки нескольких точек на данной детали.
Простые тесты на нажатие или затягивание. Когда ключевыми являются повторяемая сила прижатия по оси Z и возможность поворота элемента на заданный угол.

Цилиндрические роботы

Отрасли, в которых цилиндрические роботы чаще всего используются.

Благодаря своей простой кинематике и стабильным движениям по вертикали и вращению, цилиндрические роботы находят применение в различных отраслях промышленности. Ниже приведены несколько примеров отраслей, в которых этот тип робота особенно ценится:

Извлечение мелких деталей из барабана и укладка на конвейерную ленту.
Дозирование припоя или нанесение небольших компонентов по вертикальной оси.

Перемещение продуктов из вращающихся барабанов, например, в процессах упаковки или сортировки.
Нанесение добавок или специй в однородном вертикальном дозирующем движении.

Дозирование жидкостей (например, духов, кремов, моющих средств) во вращательном и вертикальном движении.
Извлечение и укладка бутылок или банок, расположенных вокруг оси робота.

Извлечение флаконов из вращающихся магазинов, дозирование лекарств, закрытие и маркировка упаковки.
Контроль качества методом вдавливания или измерения силы прижатия.

Извлечение отлитых элементов с поворотного стола формования и размещение в зоне охлаждения.
Обслуживание небольших деталей в процессах типа pick & place, когда рабочие станции расположены вокруг оси вращения.

Вращающаяся манипуляция образцами, дозирование реагентов по вертикальной оси.
Тестовые приложения, требующие циклического прижатия или проверки прочности в небольшом диапазоне движения.

В отраслях, где важны повторяющиеся вращательные и вертикальные движения, а процесс не требует сложных траекторий или высокой грузоподъемности, цилиндрические роботы идеально подходят, снижая затраты на автоматизацию и ускоряя внедрение новых производственных линий.

Цилиндрические роботы

Технические требования и интеграция

Цилиндрические роботы, хотя и имеют относительно простую кинематику, все же требуют надлежащей адаптации к условиям работы и правильной интеграции с производственной линией. Ниже приведены наиболее важные аспекты, о которых следует помнить перед внедрением:

Параметры работы

Диапазон вращения. Насколько большой угол поворота необходим для обслуживания станций, расположенных вокруг? Некоторые модели предлагают поворот до 360°, другие позволяют выполнять полные, многократные обороты.

Грузоподъемность и скорость. Хотя типичные цилиндрические роботы используются при меньших нагрузках, стоит проверить максимальную грузоподъемность по вертикальной оси (Z). Также важна допустимая скорость вращения, чтобы избежать вибраций при более быстрых циклах.

Точность и повторяемость В некоторых процессах (например, дозирование, тестирование) требуется высокая точность в установке оси Z и угла поворота. Параметр повторяемости обычно указывается в миллиметрах или микрометрах.

Интеграция с системами управления

ПЛК и протокол связи. Цилиндрические роботы часто работают с популярными протоколами (например, EtherCAT, Profinet, Modbus). В случае простых приложений достаточно обычного ПЛК, который управляет осью Z и осью вращения.

Программное обеспечение и программирование. Обычно поставщики предлагают собственную среду для создания траекторий, хотя часто достаточно простого последовательного программирования в ПЛК. Благодаря ограниченному количеству осей программирование может быть очень интуитивным.

Безопасность и датчики. Если в рабочей зоне робота не предполагается присутствие человека, достаточно стандартных ограждений или световых завес. В более сложных приложениях, например, с заменой инструментов, стоит рассмотреть дополнительные датчики позиционирования или систему машинного зрения.

Условия окружающей среды

Температура и влажность Цилиндрические роботы должны быть адаптированы к условиям, существующим в данной производственной среде (например, холодильные установки в пищевой промышленности, повышенная влажность в лабораториях).

Запыленность и загрязнения. Если процесс генерирует пыль, стружку или металлические частицы, необходимо использовать соответствующие кожухи и уплотнения (например, класс IP, адаптированный к условиям).

Совместимость с Индустрией 4.0. При взаимодействии с системами IoT (сбор данных о работе робота) проверьте, можно ли оснастить цилиндрический робот модулями связи для удаленного мониторинга и диагностики.

Цилиндрические роботы (Cylindrical robots)

Сравнение с другими типами роботов.

Роботы цилиндрического типа - это устройства с простой и эффективной конструкцией, обеспечивающей движение в цилиндрической системе координат - вращение, вертикальное перемещение и опциональный вылет. Благодаря небольшому количеству осей (обычно 2-3) они исключительно просты в эксплуатации, обслуживании и программировании. Они являются идеальным решением для приложений, требующих повторяемости, точности и надежной производительности. Чтобы полностью понять их возможности и выбрать наилучшую технологию для своих процессов, стоит сравнить их с другими типами роботов, такими как декартовы, SCARA, шарнирные, Delta, коллаборативные роботы или Gantry.

Цилиндрические роботы против Декартовых (XYZ)

Кинематика и диапазон движения Цилиндрические роботы сочетают вращательное движение (вокруг вертикальной оси) с линейным движением вдоль этой оси (Z), а часто также и с дополнительной радиальной осью (вылет). Декартовы роботы (XYZ) работают в трех линейных осях, что облегчает определение простых траекторий движения (например, вдоль X, Y, Z). Цилиндрические роботы могут быть более компактными по оси вращения, в то время как декартовы часто занимают больше места в плоскости, но обеспечивают четкое, «ортогональное» движение.
Области применения Цилиндрические роботы выбираются там, где детали или рабочие станции расположены вокруг оси вращения - например, в машинах, которые обслуживают камеру цилиндрической формы, или в приложениях типа «взять и повернуть, а затем поднять (Z)». Декартовы (XYZ) отлично справляются с процессами, требующими длинных, прямых перемещений (например, 3D-печать, фрезерование, точное размещение на большой площади).
Когда выбирать? Если вам нужен простой и надежный робот для вращательных движений вокруг оси и одновременно вертикального движения (Z), а расположение рабочих станций организовано по кругу, цилиндрический робот может быть достаточным и экономичным. Однако, если у вас большая рабочая область в осях X, Y и важна повторяемость линейных движений, декартовый (XYZ) окажется более универсальным.

Цилиндрические роботы против SCARA

Конструкция и Динамика Роботы SCARA имеют два вращающихся шарнира в горизонтальной плоскости и жесткую вертикальную ось (Z), что обеспечивает им очень высокую скорость и точность при монтажных или размещающих задачах. Цилиндрические роботы, хотя также могут вращаться вокруг своей оси, обычно не достигают такой высокой горизонтальной динамики, сосредотачиваясь на обслуживании рабочих станций, расположенных по кругу, и движении в вертикальной плоскости.
Применение и Типичные Преимущества SCARA - мастера быстрых перемещений элементов и сборки мелких деталей, особенно на ограниченной площади. Цилиндрические роботы, напротив, подходят для приложений, где достаточно менее сложной кинематики (вращение + вылет + вертикальное движение), например, в простых линиях дозирования или загрузки машин, где детали расположены по кругу. SCARA обычно требуют точно спроектированной траектории в плоскости, но предлагают более высокую скорость и повторяемость цикла.
Когда выбирать? Если ваше приложение требует сверхкороткого времени цикла и работы главным образом в одной плоскости (например, скручивание мелких деталей, размещение), SCARA будет лучшим выбором. Если же детали расположены вокруг робота и важен простой поворот на определенный угол и движение по вертикальной оси (Z), цилиндрический робот может быть достаточным и более дешевым в обслуживании.

Цилиндрические роботы против Шарнирных (Антропоморфных)

Степени свободы и диапазон движения. Шарнирные (манипуляторные) роботы имеют от 4 до 6 осей вращения, что обеспечивает впечатляющую гибкость - они могут выполнять сложные траектории в нескольких плоскостях. Цилиндрические роботы обеспечивают в основном вращательное движение вокруг своей оси плюс перемещение по вертикали (Z), возможно, с дополнительным вылетом. Это означает, что диапазон движения цилиндрического робота значительно более ограничен по сравнению с шарнирным.
Области применения Шарнирные (манипуляторные) роботы отлично подходят для таких задач, как сварка, покраска, сборка в различных ориентациях, обслуживание станков с ЧПУ и т. д. Цилиндрические роботы, напротив, справляются там, где достаточно движений по вертикальной оси и ограниченного вращения - например, захват деталей с вращающегося барабана, перемещение их на одну или две станции по окружности.
Когда выбирать? Если вам нужна универсальность и возможность работы в нескольких пространственных направлениях, шарнирный робот не имеет себе равных. Однако, если приложение требует только движений по вертикали и вращения в радиусе вокруг основания, цилиндрический робот выполнит задачу более простым и дешевым способом.

Цилиндрические роботы против дельта-роботов

Кинематика и диапазон движения Дельта-роботы - это передовая кинематика, основанная на трех (или четырех) рычагах, прикрепленных к общей платформе, расположенной над рабочей зоной. Благодаря этому они могут достигать исключительно высоких скоростей при перемещении мелких деталей. Цилиндрические роботы имеют вращательное движение вокруг вертикальной оси и возможность перемещения по оси Z (возможно, с вылетом), что делает их диапазон движения более ограниченным, а динамика обычно ниже.
Области применения и характеристики Дельта-роботы превосходны в ультракоротких циклах pick & place, главным образом с легкими предметами, например, в пищевой или фармацевтической промышленности. Цилиндрические роботы лучше подходят для более простых задач: они могут вращаться вокруг своей оси, захватывать деталь с одной станции и перемещать на другую - особенно когда станции расположены по окружности. Однако они не достигнут таких головокружительных скоростей и такой динамической точности, как дельта-роботы.
Когда выбирать? Если приоритетом является экстремально быстрая перекладка мелких деталей (сотни циклов в минуту), выбирайте дельта-робота. Однако, если процесс менее динамичен и требует только вращения по вертикали и простого движения (например, вверх-вниз) без сложной кинематики, цилиндрического робота будет достаточно, и он часто будет дешевле в эксплуатации.

Цилиндрические роботы против коллаборативных роботов (коботов)

Безопасность и взаимодействие с оператором Коботы созданы для непосредственного взаимодействия с человеком (collaborative robots). Они имеют встроенные передовые системы безопасности, которые распознают столкновения и позволяют работать бок о бок с оператором. Цилиндрические роботы - это классические промышленные конструкции, которым обычно требуются ограждения или световые завесы, если они работают с более высокой скоростью или грузоподъемностью.
Области применения В задачах, требующих взаимодействия человек-робот (например, помощь при сборке, когда робот подает детали оператору), коботы имеют преимущество благодаря встроенным механизмам безопасности и возможности быстрой перепрограммировки. Цилиндрические роботы лучше всего справляются с постоянными, повторяющимися вращательными и вертикальными движениями без необходимости близкого присутствия человека в рабочей зоне.
Когда выбирать? Если важна возможность безопасной работы с оператором и быстрая переналадка станка для выполнения различных задач, выбирайте коллаборативных роботов (коботов). Если же процесс требует только простых осевых движений и вращения, а рабочее место можно отгородить, цилиндрический робот будет более простым и часто более экономичным решением.

Цилиндрические роботы против портальных (Gantry)

Конструкция и рабочая область Портальные системы основаны на нескольких линейных осях, часто в большом масштабе (например, перемещение крана над всей площадью цеха). Они позволяют транспортировать тяжелые или крупногабаритные детали в нескольких точках, расположенных на большой площади. Цилиндрический робот имеет более компактную конструкцию: колонна с осью вращения и направляющая (Z) - идеально подходит для применений, где рабочие места расположены кольцевым образом на небольшой площади.
Области применения Портальные системы - это определенно «более крупный масштаб» - их часто можно встретить на складах с высотным хранением, в сталелитейной промышленности или при обслуживании производственных линий с большими грузами. Цилиндрические роботы обычно меньше и предназначены для таких задач, как извлечение детали из барабана, поворот ее на определенный угол, установка в вертикальное положение и передача на следующую станцию.
Когда выбирать? Портальные системы хорошо подходят для случаев, когда требуется большой радиус действия и обработка тяжелых деталей на большей площади. Однако, если вы хотите автоматизировать процессы на небольшой площади, заранее спроектированной вокруг оси вращения, цилиндрического робота может быть достаточно, и он будет значительно проще в установке.

Цилиндрические роботы предлагают простую кинематику, которая хорошо подходит для вращательно-вертикальных задач на ограниченной площади. Это экономичное и надежное решение для многих процессов типа «взять и положить», расположенных кольцевым образом. В то же время, если приоритетом является сверхбыстрая работа в режиме pick & place, взаимодействие с оператором или обслуживание больших площадей, другие роботы (Delta, коллаборативные роботы, портальные системы) могут оказаться более эффективными. Выбор всегда зависит от специфики процесса, диапазона движения и требуемых параметров работы.

Часто задаваемые вопросы

Часто задаваемые вопросы о цилиндрических роботах

Обычно цилиндрические модели предназначены для легких и средних грузов, хотя существуют версии с несколько большей грузоподъемностью. Если важна большая грузоподъемность, лучше рассмотреть решения портального типа или шарнирные роботы с усиленной конструкцией.

Это зависит от используемых приводов (серводвигатели или шаговые двигатели) и редукторов. В большинстве случаев можно добиться точности на уровне сотых долей градуса, чего вполне достаточно для применений в области дозирования и сборки.

Часто достаточно ПЛК (программируемого логического контроллера) и простых последовательностей движений (вращение, перемещение по оси Z, возможно, вылет). Некоторые компании предоставляют собственное программное обеспечение с графическим интерфейсом, однако для простых операций программирование может быть менее сложным, чем, например, в шарнирных роботах.

Конструкция колонны позволяет компактно разместить робота. Вся «корпусная» часть робота обычно занимает немного места вокруг оси, но необходимо учитывать зону безопасности, если робот вращается с высокой скоростью.

Благодаря упрощенной механической конструкции обслуживание может быть довольно простым. Требуется периодическая проверка подшипников в оси вращения, направляющих в оси Z, смазка элементов и контроль герметичности кожухов.

Да, если он обеспечивает достаточную жесткость по оси Z и имеет запрограммированные параметры усилия (их можно контролировать, например, с помощью серводвигателя с датчиком момента). Если вам нужны более сложные движения (например, в нескольких плоскостях), рассмотрите шарнирный робот.

Многие модели позволяют добавлять дополнительные поворотные захваты или вращающиеся инструменты, например, отвертки. В этом случае робот получает дополнительную ось (R), хотя это и не является стандартной функцией во всех конструкциях.

Это зависит от массы груза, момента инерции и мощности приводов. По сравнению с роботами SCARA или Delta цилиндрические роботы не достигают таких экстремальных скоростей, но обычно достаточно для стандартных задач захвата и перемещения, дозирования и обслуживания машин.

Да, особенно если используются распространенные протоколы связи и ПЛК-контроллеры. Часто достаточно адаптировать схему входов/выходов (I/O) к сигналам линии и написать короткие последовательности движений.

Классические цилиндрические роботы - это обычные промышленные роботы, которые часто требуют защитных ограждений. Если вам важно сотрудничество с человеком в одном пространстве, стоит рассмотреть специализированные коллаборативные роботы, которые имеют встроенные системы безопасности (датчики силы и момента) и предназначены для непосредственного взаимодействия.

У вас есть еще вопросы?

Свяжитесь с нами или посетите раздел часто задаваемых вопросов, чтобы получить подробные ответы на все вопросы о цилиндрических роботах.

Почему NexaRob?

Выбор подходящего поставщика решений в области промышленной робототехники - ключ к беспроблемной и эффективной автоматизации. В NexaRob мы делаем ставку на комплексную поддержку, инновации и долгосрочные отношения, благодаря чему наши клиенты получают полный контроль над процессом внедрения цилиндрических роботов и не только.

Узнайте больше о внедрениях и результатах нашего сотрудничества с клиентами в разделе «Примеры». Свяжитесь с нами уже сегодня, и мы вместе разработаем наилучшую концепцию автоматизации!

Автоматизируйте свой бизнес с помощью NexaRob - свяжитесь с нами!

Глобальный охват

Мы работаем в глобальном масштабе, поддерживая локальные инициативы

NexaRob - это компания международного масштаба, работающая более чем в 100 странах. Независимо от того, управляете ли вы местным производственным предприятием или являетесь частью глобальной корпорации, мы гарантируем:

Сотрудничая с NexaRob, вы получаете не только передовые роботизированные технологии, но и проверенные знания мирового уровня, благодаря чему ваше внедрение будет комплексным и эффективным - независимо от местоположения.

Соединенные Штаты Америки
Китай
Япония
Германия
Индия
Великобритания
Франция
Италия
Канада
Южная Корея
Бразилия
Австралия
Испания
Мексика
Индонезия
Нидерланды
Саудовская Аравия
Турция
Швейцария
Тайвань
Польша
Швеция
Бельгия
Таиланд
Ирландия
Австрия
Норвегия
Израиль
Объединенные Арабские Эмираты
Аргентина
Южно-Африканская Республика
Дания
Филиппины
Сингапур
Малайзия
Колумбия
Бангладеш
Египет
Чили
Финляндия
Вьетнам
Португалия
Чехия
Румыния
Новая Зеландия
Перу
Греция
Украина
Словакия
Венгрия
Словения
Хорватия
Сербия
Болгария
Эстония
Латвия
Литва
Исландия
Люксембург
Мальта
Кипр
Марокко
Алжир
Тунис
Нигерия
Кения
Эфиопия
Гана
Танзания
Уганда
Ангола
Сенегал
Катар
Кувейт
Оман
Пакистан
Шри-Ланка
Непал
Казахстан
Узбекистан
Монголия
Россия
Камбоджа
Мьянма
Лаос
Фиджи
Папуа - Новая Гвинея
Венесуэла
Эквадор
Уругвай
Парагвай
Боливия
Коста-Рика
Панама
Доминиканская Республика
Гватемала
Куба
Иордания
Ливан
Иран

NexaRob

Хотите стать нашим партнером?

В NexaRob мы верим, что в области робототехники и автоматизации синергетическое взаимодействие компаний и специалистов позволяет создавать инновационные решения, которые революционизируют производственные процессы. Если вы поставляете компоненты, технологии искусственного интеллекта, IoT, системы машинного зрения или интеграции для промышленных роботов - мы приглашаем вас к сотрудничеству!

Почему стоит сотрудничать с NexaRob?

Развитие и инновации в отрасли робототехники

Вместе с нашими партнерами мы разрабатываем новые модули для цилиндрических роботов и других типов роботов, что позволяет постоянно совершенствовать предложение и адаптироваться к растущим требованиям рынка.

Техническая и маркетинговая поддержка

Мы организуем технические тренинги, вебинары, а также предоставляем рекламные материалы и контакты базы клиентов, которые ищут решения в области автоматизации. Вместе мы находим новых потребителей.

Глобальная сеть и новые возможности

Благодаря присутствию более чем в 100 странах NexaRob открывает путь к рынкам с различной спецификой. Наши партнеры получают возможность предлагать собственные продукты и услуги под единым брендом качества и инноваций.

Кого мы ищем?

Присоединяйтесь к глобальной сети NexaRob!

Свяжитесь с нами, чтобы мы могли обсудить детали сотрудничества и вместе развивать будущее автоматизации - в том числе решений на основе цилиндрических роботов.

Интересные факты из мира

Cruzr Y1: новый промышленный гуманоид от UBTECH с автономным агентом.

UBTECH представила новую модель промышленного гуманоида под названием Cruzr Y1, который будет использоваться в…

Великобритания теряет позиции в глобальной автоматизации - продажи роботов упали на 3% в 2018.

В 2018 году количество установленных промышленных роботов в Великобритании снизилось на 3 процента - впервые.

Гуманоидные роботы: между видением и реальностью - новый отчет IFR

Международная федерация робототехники (IFR) опубликовала новую аналитическую записку, в которой рассматриваются реальные перспективы развития гуманоидных роботов.

Роботы помогают в достижении целей устойчивого развития ООН.

Роботы не только меняют способ производства, но и способствуют достижению целей устойчивого развития.

РусскийRU