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用于自动装配的旋转执行器

发布时间:2019-02-23 06:38

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  从外部看,机器人似乎是一个独立的实体,可以独自完成许多伟大的事情。但是,实际上,内部技术和机械臂末端工具使机器人能够有效地执行多种类型的装配。

  机器人的关键内部组件之一是旋转执行器或旋转执行器。其紧凑而重型的设计使工程师能够使其适应机器人的关节或肌肉,从而提供高水平的机械刚度和扭矩。在多轴机器人太昂贵或太大,或者不够快或不必要的应用中,旋转致动器也可以单独使用或与其他设备一起使用。

  “考虑到制造商需要一个拾放单元,以便在装配过程中快速将零件移入和移出机器的情况,”SCHUNK公司自动化部件销售副总裁Thomas Reek解释说。“通过集成旋转装置双夹具,它们可以交替地插入未完成的零件并从机器上取下成品零件,或同时抓取,重新定位和展示零件以进行进一步的装配工作,而不必放开它们。

  根据Reek的说法,使用旋转装置可以通过一次性放置和取回工件,使拾取和放置或机器人更快地完成任务。这可以缩短整体周期并防止进程空闲。

  “旋转执行器在一个运动平面内工作,通常,这就是有效执行某种类型自动装配所需的全部,”Zimmer Group US Inc.东区销售经理Costas Charalambous说道。“多轴机器人经常在这些方面过度使用应用“。

  相比之下,旋转机构依靠简单的机械动作来可靠地执行各种功能,例如在输送机上进给和定向零件,操作滑槽或布置托盘。自20世纪50年代以来,这种多功能性使制造商受益,当时旋转装置通过液压或气动方式供电。如今,设备供应商还提供电动旋转执行器,以及帮助工程师为每项工作指定正确执行器所需的专业知识。

  气动旋转执行器仍然是自动装配中最受欢迎的,而液压旋转装置由于制造商日益增长的环境问题以及他们对减少维护的需求而不经常使用。电动旋转器是最新的孩子,但使用缓慢而稳定地增加。

  气动和液压旋转执行器均采用单齿轮和双齿轮齿条,叶片(半旋转)和螺旋花键版本。推荐用于精密和重载应用,齿轮齿条旋转将圆柱体的线性运动转换为旋转运动。

  齿条是一组直接连接在气缸活塞上的齿轮齿。当活塞移动时,齿条被线性推动并且其齿与小齿轮的圆齿轮齿啮合,迫使其旋转。当空气或流体压力供应到气缸的相对侧时,小齿轮旋转回其初始位置。它的最大旋转仅受其尺寸的限制。

  Zimmer Group US Inc.提供SBZ系列旋转钳口,每个抓手指上都装有双齿条齿轮旋转装置。Charalambous表示,汽车,白色家电,医疗设备和消费品制造商已经使用钳口数年来提升,运输,旋转和放置小型,中型和大型部件。提供五种尺寸的钳口,每颚的扭矩为1.2,3.5,10,23或57牛顿米。旋转角度能力为90度和180度。钳口的额定值为1000万次免维护。

  叶片执行器使用简单的气动马达或充满流体的腔室来驱动连接到旋转驱动轴的叶片。当对腔室施加显着压力时,腔室膨胀并使叶片移动通过弧度达280度,直到它遇到固定屏障。通过反转入口和出口处的空气或流体压力来反转旋转。这种类型的致动器有时被称为半旋转,因为它产生小于360度的旋转。

  双叶片致动器具有径向相对的叶片和屏障。虽然这种设计在与单叶片致动器相同的空间内提供两倍的扭矩,但旋转通常限制在100度。

  Festo Corp.的DRVS系列气动叶片执行器安装快速简便,由于其密封外壳可保护衬套免受灰尘和碎屑的影响,因此使用寿命长。标准旋转角度为90度,180度和270度。使用止动支架附件可实现定制旋转角度。7巴的压力范围为6巴,扭矩范围为0.15至20牛顿米。

  螺旋(或滑动)花键旋转器由圆柱形壳体,轴和活塞套筒组成。与齿轮齿条式执行机构一样,螺旋线依赖于花键齿轮操作概念,将线性活塞运动转换为轴旋转。

  在轴上加工的螺旋花键齿与活塞内径上的匹配的花键互补。当气动或液压施加到活塞左侧的端口时,它会顺时针旋转。反过来,这个动作也迫使轴顺时针旋转。向备用端口施加压力使活塞套筒返回其原始起始位置并逆时针旋转轴。

  在双螺旋中,轴旋转远大于活塞套筒的旋转。例如,对于30度螺旋设计,轴旋转几乎是两次,对于45度设计,轴旋转甚至更大。

  另一种类型的气动旋转执行器是由电缆驱动的,例如PHD公司提供的RCC型号.PHD的高级部门经理Carey Webster说,使用飞机质量的钢缆以两个标准旋转驱动该装置( 90度和180度)。执行器对于受限空间具有低轮廓,但是对于其尺寸产生高轴向推力载荷。典型应用包括轻型部件旋转,电子组装和标签。

  电动旋转器产生连续旋转或移动到固定角度位置。它具有电机(步进电机,伺服或扭矩),减速器和旋转输出轴构件。对于基于步进和伺服的单元,位置编码器识别输出轴的角位置。扭矩马达产生并施加精确的扭矩,这导致致动器旋转。但是,电机本身并没有实际旋转。

  Charalambous说:“双齿条齿轮设计产生的扭矩比单一风格大得多,且无间隙。” “这类似于尝试用一只手或两只手搓棍子之间的区别。你的手是架子,棍子是小齿轮。“

  PHD的Optimax ORQ气动旋转器具有双齿条齿轮系统和主体螺纹孔,便于安装。旋转轴有六种孔径尺寸(12,16,20,25,32和40毫米),带有空心小齿轮,允许从装置背面穿过输出轮毂。通过拧紧或松开调节螺丝,可调节旋转角度(最高190度)。减震垫是标准配置。这些装置的最小额定寿命为300万次。

  叶片旋转装置比齿轮齿条更紧凑,更便宜,并且由于零件更少,关键性更低,因此通常需要更少的维护。叶片旋转机具有80%至95%的机械效率范围,并且通常用于移动斜槽或操作阀门。

  在缺点方面,叶片旋转产生相对更大的间隙,叶片角部难以密封,内部旁路泄漏是常见的,并且在没有外部控制的情况下可以限制位置保持。

  螺旋旋转装置以紧凑的尺寸提供高扭矩,并通过全角度旋转提供恒定扭矩,无内部泄漏。此外,液压装置中的所有传动装置,活动部件和轴承都经常浸泡在油中,几乎不需要维护。

  电动模型具有精确可编程性,无限制旋转,通过全范围运动控制和简单设置的优点。然而,除非使用齿轮减速器,否则它们比较类似的气动模型更重,更昂贵并且产生更低的扭矩。需要使用电动旋转装置的制造商必须忽视这些负面因素,因为他们的设施缺乏气动力的基础设施。电动旋转器的典型应用包括机器人和滑槽控制。

  “在指定旋转时,准确调整旋转质量惯性矩(MMOI)并估算旋转速度非常重要,”PHD前应用工程师韦伯斯特指出。“例如,在我教授的旋转课程中,出席的10名工程师中有9名可以准确地确定旋转器的扭矩大小,但是它的动能要小得多。”

  同样重要的是有效载荷及其相对于旋转轴的位置。尽管旋转器以每分钟数百个周期运行,但大多数负载的角动量限制了可用速率。例如,作用在水平旋转器上的力在其中心处具有1磅的负载,而不是垂直旋转器上的力,其中相同的负载从一侧悬挂10英寸。

  “许多最终用户在指定旋转时没有考虑重力对零件旋转的影响,”Dover公司Destaco的夹具和分度器产品总监Gary Labadie说道。“质量时刻有很大不同将部件顺时针旋转9到12位置和12到3位置所需的惯性。前者与重力作斗争,但后者受益于重力,特别是当涉及大的有效载荷时。“其他关键因素是操作气压,循环时间,所需的精度水平和可用的足迹。

  德士古的RR-36和46中型旋转器具有法兰输出和低剖面,适用于狭小空间应用。拉巴迪说,每个单元的旋转部分大约相当于冰球(3英寸宽)的大小。型号是指以毫米为单位的孔径。

  两个单元均以45度,90度,135度或180度旋转。中间歧管是可选的。RR-36可以处理8磅的有效载荷; 模型46可承载15磅的载荷。两者都可以直接连接到转盘而无需轴承座。据Labadie称,原始设备制造商在组装断路器,小型汽车和消费产品时使用这些旋转器。

  SCHUNK制造气动GFS旋转指,用于转动由夹具夹持的工件。标准配置包括单个齿条齿轮旋转和压力维护阀,即使在压力故障的情况下,GFS也能保持其位置。标准旋转角度为90度和180度,可根据要求提供其他角度。有几个系列可供选择(16,25,32,40),使制造商能够抓住尺寸范围从大型发动机缸体到小型PCB的零件。

  Festo气动执行器产品经理Mike Guelker建议最终用户解决几个关键问题,以正确指定旋转。前两个是:应用所需的旋转角度和时间是多少?接下来需要考虑扭矩水平,然后是零件的质量(而不是重量),相对于传动轴的位置,以及零件的​​MMOI。

  Festo拥有在线软件,可帮助工程师加快规范流程。在按下模拟按钮之前,用户输入参数的数字,例如扭矩,惯性和零件质量。然后,该软件生成由Festo制造的推荐气动齿轮齿条和叶片旋转列表。

  最后,许多工程师将所需扭矩提高40%,以应对负载变化,压力波动和摩擦。然而,Webster和PHD建议扭矩的安全系数为2比1。他说,在执行器中始终包含某种类型的减速保护也是一个好主意,以增加其动能能力并保护其免受损坏。减震垫提供最小的保护,气动气垫更好,减震器提供最大的保护。

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