Анализ на селективно съвместимите роботизирани ръце, тяхната механика и ролята им в автоматизираното сглобяване на електроника.
Към презентациятаАкронимът SCARA означава Selective Compliance Assembly Robot Arm (Селективно съвместима роботизирана ръка за сглобяване). Кинематиката им наподобява човешка ръка с две успоредни ротационни стави. Това им позволява да се движат свободно в хоризонталната (X-Y) равнина, но да останат напълно стабилни по вертикалната (Z) ос.
Сглобяването на печатни платки изисква прецизно позициониране на малки компоненти в една равнина. Структурата на SCARA роботите ги прави идеални за тази задача – те преодоляват нуждите на процеса Pick-and-Place (Вземане и Поставяне) по-ефективно от сложните 6-осни роботи.
SCARA роботът притежава 4 степени на свобода, описани от ротациите θ₁, θ₂, θ₃ и транслацията θ₄, с две звена с дължини l₁ и l₂, и обща вертикална база l₀ (от основата до края на изпълнителния орган).
Две ротационни стави в хоризонталната равнина. Заедно определят позицията $(X, Y)$ на края чрез:
Третата ротационна става ориентира инструмента около вертикалната ос – позволява завъртане на компонента под точния ъгъл преди поставяне.
Линейна ос, която мести изпълнителния орган нагоре и надолу по Z. Дефинира се спрямо l₀ – разстоянието от основата до края на ефектора в изходно положение.
Инженерни предимства на SCARA архитектурата при равнинни операции.
Поради намаления брой подвижни оси и стабилната Z-ос, тези роботи постигат много по-висока скорост на хоризонтално преместване с подмилиметрова точност спрямо стандартните многоосни системи.
С по-малко мотори и стави, изчислението на обратната кинематика (алгоритмите за движение) е по-просто. Това прави програмирането им за повтаряеми задачи много по-лесно.
Архитектурата им заема малка площ, което ги прави лесни за интегриране в съществуващи конвейерни линии (SMT линии) и ограничени лабораторни среди.
Как SCARA участва в различните етапи на поставянето на компоненти.
Роботът се придвижва по X-Y осите до захранващата лента (feeder), където се намират компонентите. С помощта на пневматична вакуумна пинсета (nozzle), Z-оста се спуска за части от секундата, създава вакуум и "взема" електронния елемент.
След като вземе елемента, ръката бързо се премества до точните координати над печатната платка. Ротационната ос (Theta) завърта компонента под правилния ъгъл. Z-оста отново се спуска и вакуумът се изключва, оставяйки компонента точно върху спояващата паста.
Стандартните SMT машини трудно се справят с тежки или нестандартни компоненти (големи кондензатори, релета, конектори с проходен монтаж - THT). SCARA роботите могат да бъдат оборудвани с механични захвати (грипери) за поставяне на тези специфични части.
По време на преместването от захранващата лента до платката, компонентът често преминава над камера (Upward-looking camera). Камерата заснема силуета му, изчислява отклонението в позицията (X, Y, и ъгъл) и софтуерът компенсира тези грешки точно преди поставянето (Place).
Как внедряването на тези роботи решава конкретни инженерни проблеми.
Значително увеличаване на броя поставени компоненти за час (CPH) благодарение на оптимизираните траектории на движение.
Гарантирана повторяемост на движенията до микрометри, което намалява грешките при спояването на микрочипове.
Възможност за бърза промяна на производствената програма при преминаване към нов модел печатна платка.
Интегрираните контролери събират данни за грешки, отклонения и скорост, подпомагайки анализа на процеса.
SCARA срещу 6-осни и Декартови роботи при PCB монтаж.
Диапазон min–max — по-малко = по-добро
За 400 мм хор. преместване + 50 мм Z
Важна за точно вкарване на THT компоненти
Предпочитан за равнинни задачи върху платки поради висока скорост и прецизна вертикална сила на вкарване.
По-бавен за равнинни задачи, но необходим когато компонентите пристигат под различни ъгли или изискват невертикално вкарване.
Прецизен, но прекалено бавен и габаритен за стандартен вграден PCB монтаж.
Накъде се насочват изследванията.
С това приключваме прегледа на механиката и ролята на SCARA роботите.