Slimme grijper voor kleine cobots

Het is niet altijd makkelijk om de juiste motor voor kleine precisieapparatuur te vinden. 

Door de groei en verspreiding van co-robots oftewel cobots is de vraag naar verschillende soorten grijpers en eindeffectoren algemeen gestegen. Een van de moeilijkere toepassingen geldt het automatisch meten van kleine onderdelen. Een dergelijk apparaat moet hoge-resolutiepositionering bieden met resoluties tot 2,5 micrometer die continu beschikbaar zijn voor software op het gebied van besluitvorming in automatiseringstoepassingen. New Scale Robotics (NSR), een divisie van New Scale Technologies, vatte het plan op om een geavanceerde grijper te ontwikkelen. 

De NSR-PG-10-20, Precision Parallel Gripper, is gebouwd voor de kleinste cobots. De grijper is een mechatronisch systeem dat motor, sensoren, precisielagergeleiders, aandrijving en besturingselektronica, in combinatie met embedded firmware voor automatisering, in één apparaat integreert. Tijdens het ontwerpproces besloot NSR dat de grijper over plug-and-playintegratie moest beschikken. Installatie op de Universal Robotics (UR)-lijn (kleine cobots) moest binnen enkele minuten mogelijk zijn. De NSR-PG-10-20 biedt gebruikers de kleinste afmetingen en kleinste massa met de hoogste precisie. Alle stroom- en besturingscircuits lopen via de toolpoort van de robot en sleepringen, zodat er geen externe kabels of elektronische printplaten nodig zijn. Om de grijper te installeren, monteert u hem gewoon op de UR-toolflens en sluit u de enkele kabel aan op de I/O-poort van de UR-tool. Bewegingscommando’s worden ontvangen via de 8-polige I/O-interface van de robot. Externe draden en aparte elektronica zijn niet nodig, wat een oneindige 360-gradenrotatie van het UR-robotpolsgewricht mogelijk maakt omdat geen hinder wordt ondervonden van kabels. 

De NSR-PG-10-20 Precision Parallel Gripper bevat de platte EC-20-motor van maxon voor hoge-precisietaken

In de Precision Parallel Gripper is een interne absolute positiesensor geïnstalleerd die speciaal bedoeld is voor geautomatiseerde metrologietoepassingen. Hij biedt hoge precisie voor complexe handling, meting, sortering en assemblage van kleine onderdelen. De grijpers moesten herhaaldelijk snelle, nauwkeurige bewegingen kunnen uitvoeren en daarnaast over een lange levensduur beschikken. 

Precieze motion control

Tijdens het ontwerpproces koos NSR de platte borstelloze EC-20-gelijkstroommotoren van maxon (BLDC). Deze motoren voldeden aan alles wat de Precision Parallel Gripper nodig had. De motoren beschikken over vijf wikkelingen en ingebouwde encoders. Er zijn meerdere vermogensuitgangen beschikbaar en ze bieden een hoge stabiliteit en een stille werking. De motoren werden vooral gekozen vanwege hun extreem kleine massa van slechts 15 gram en hun hoge continue koppel van 3,75 mN-m. De uitstekende koppel-massaverhouding van de motoren betekent dat de NSR-PG-10-20 een instelbare grijpkracht van ±3 tot 10 N kan bereiken bij een bescheiden overbrengingsverhouding van 16:1. De grijper heeft een symmetrische distributieriem met een bereik van 20 mm. Bovendien stemden de bedrijfsspanning, de stroom en het koppel goed overeen met de interne robotvoeding. 

De BLDC-rotatiemotor zorgt ervoor dat een distributieriem roterende beweging in lineaire beweging omzet. Een hoeksensor meet de hoek van de motoras, terwijl afzonderlijke digitale elektronica de driefasige aandrijfstroom opwekt die voor de werking nodig is. Dit mechanisme zorgt voor de lineaire beweging die nodig is voor het openen en sluiten van de grijpervingers waarmee kleine onderdelen worden vastgepakt en losgemaakt. De grijpervingers kunnen, afhankelijk van de toepassing, het onderdeel aan de buiten- of binnenkant vastpakken. Door het gebruik van bovengenoemde ingebouwde sensor bedraagt de lineaire meetresolutie van de grijper 2,5 micrometer. De open-dichtsnelheid van de grijper is 20 mm/seconde en het open-dichtbereik is 20 mm. 

Volgens David Henderson, CEO van NSR, “waren de struikelblokken bij het ontwerp het handhaven van de kleine afmetingen, hoogte en lage massa van de grijper terwijl een gesloten lussysteem voor de positie- en snelheidskarakteristieken gegeven moest zijn. Het was een uitdaging om een motor met laag vermogen en stroom te vinden waarmee het interne vermogen van de robot tot zijn recht kon komen.” De EC-20 Flat van maxon gaf NSR de mogelijkheid om het product te leveren dat de klanten van NSR het meest nodig hadden – en toch eenvoudig te installeren en te bedienen. De mechanische integratie was het gemakkelijkst. Het bedrijf koos voor een EC-20 Flat zonder hoeksensor en zorgde zelf voor een externe hoeksensor voor de commutatie. “In de toekomst willen we ons productassortiment uitbreiden met grijpers die over hogere grijpkrachten beschikken (en dus met motoren met hogere massa en vermogen), grotere grijpbereiken en ingebouwde krachtsensoren om de krachtregeling te verbeteren,” aldus Henderson. 

De EC-20 Flat van maxon biedt de kleinste motor met het juiste koppel om zo goed mogelijk aan de vereisten van de NSR-GP-10-20 Precision Parallel Gripper tegemoet te komen

De grijper is uitgerust met verwisselbare vingers. De NSR-PG wordt geleverd met geïnstalleerde fabrieksvingers, zodat gebruikers meteen aan de slag kunnen. De grijper biedt ook inleerbare vingerposities als deze met de UR3-, UR5- en UR10-robots van Universal Robotics worden gebruikt en de nieuwste eSeries-robots van het bedrijf, de UR3e, UR5e en UR10e. Beweeg de vingers handmatig naar de gewenste positie en stel ze met behulp van de teaching pendant in. Dit is een proces dat iedereen kent die met een UR-robot in de inleermodus heeft gewerkt. De positie is herhaalbaar tot op 0,01 mm. Door de open- en sluitpositie van de vingers op het werkstuk van de gebruiker af te stemmen, kan de gebruiker de vingerbeweging (slag) voor elke taak minimaliseren, wat tijd en energie bespaart. In het algemeen stelt de NSR-PG-10-20 de gebruiker in staat om repetitieve, arbeidsintensieve meet- en kwaliteitscontroletaken te automatiseren. De UR-cobot is daarom een eersteklashulpmiddel voor metrologietoepassingen. 

Het vinden van de juiste motor voor dergelijke specifieke toepassingen kan een hele klus zijn. Doordat het de nieuwste technologie in de kleinste motor heeft geïntegreerd, heeft NSR aan de wensen van zijn klanten kunnen voldoen. De EC-20 Flat van maxon speelde een essentiële rol in het ontwerp en de productie van de NSR-PG-10-20 Precision Parallel Gripper. 

Voor meer informatie: newscalerobotics.com