מגבר ה- Whistle :שילוב מנצח של גודל קטן והספק גבוה!
מגברי ה- Whistle של Elmo הם מגברים חכמים וקומפקטיים המספקים הספק מוצא גבוה הכוללת תנועה מהירה ומדויקת. המאמר מדגים כיצד אחד מלקוחותינו – חברת אוטומציה ורובוטיקה גדולה – השתמשה במגבר ה- Whistle ליישום של רובוט המשמש לשינוע לוחות LCD בחדר נקי.
המאמר מדגים את הנושאים הבאים:
• כיצד ניתן לקבל הספק שיא של עד 3.3 קילו–וואט באמצעות מגבר סרוו שגודלו כגודל קופסת גפרורים,
•כיצד למקם את המגבר בחלל קטן ומוגבל.
•כיצד לצמצם את זמן פיתוח האפליקציה ולצאת לשוק עם פתרונות במהירות.
רובוט לחדר נקי – ארבעה צירים במרחב מוגבל
הלקוח נדרש לבנות רובוט המשמש להעברה ושינוע לוחות LCD בחדר נקי. היישום מציב כמה אתגרים:
•תנועה חלקה ומהירה – כדי לבצע תנועה חלקה ומהירה נדרש מגבר עם ספק יציאה גבוהה ועם יכולות גבוהות של בקרת תנועה.
•גודל קטן – החלל הפנוי ברובוט הוא מצומצם ביותר, לכן יש חשיבות גדולה ביותר לגודלו של המגבר.
•קישוריות טובה – המגבר החכם מאפשר התאמה מהירה וקלה כחלק משילובו במכלול מערכתי מורכב.
•אמינות גבוהה – עלות תפעולם של חדרים נקיים גבוהה ביותר, לכן נדרש רובוט בעל אמינות גבוהה כדי למנוע זמן השבתה מיותר של קו הייצור.
תיאור המכונה
מגברי הסרוו Whistle של חברת Elmo שולבו ברובוט מתקדם המשנע פריטים במהירות גבוהה ומציב אותם במקומם בדיוק גבוה. הרובוט משולב בתהליך עבודה אוטומטי בחדר נקי שבו מיוצרים מסכי LCD שטוחים. מסכי ה LCD הקטנים משמשים במגוון רחב של מוצרים, כגון טלפונים ניידים, התקני PDA (מחשבי כף יד) מכשירי Game Boy וכיו”ב. הרובוט המתקדם מיוצר על ידי חברה גדולה למוליכים למחצה אשר מתמחה בייצור מכונות אוטומציה לחדרים נקיים.
במהלך הייצור, מסכי הLCD, עוברים אוטומטית שרשת של תהליכים בחדר נקי .הרובוט משנע את מסכי תצוגת LCD “ומזין” אותם למכונה.
הרובוט בעל ארבע דרגות חופש (DOF) עם זרוע בעלת ריבוי מפרקים; שלושה מהמפרקים מאפשרים לרובוט לנוע אל המיקום הרצוי במישור, המפרק הרביעי הוא ציר אנכי הנותן אפשרות לבצע תנועות מרחביות.
דיוק ומהירות הן תכונות חשובות שנדרשות ליישום זה.
התרשים הבא מתאר את המבנה של הרובוט המורכב מזרוע אחד עם שלושה מפרקים, מפרק בורגי מוביל (lead screw joint) המשמש להמרת תנועה סיבובית לתנועה קווית, “היד” וה”אצבעות” המאפשרים להחזיק ה- LCD והמארז החיצוני שבו מותקנים מגברי הסרוו, הבקר הרב צירי, ספקי הכוח והאלקטרוניקה.
אתגרים
בפני צוות הרובוטיקה עמדו כמה אתגרי תכנון, שחלקם נובעים מהדרישות וחלקם עלה תוך כדי המימוש.
•מרחב מוגבל: מכיוון שהרובוט הוא חלק אינטגרלי ממכונה גדולה הנמצאת בחדר הנקי, אין כול אפשרות לשנות את גודלו לכן חיוני להשתמש במגברים קומפקטיים כדי ליישם את הפיתרון.
•הדיוק ומהירות התנועה קובעים את התפוקה הסופית של המכונה.
•נדרש להשתמש במגברים אמינים בעלי שיעור תקלות מזערי וזמן
MTBF (Mean Time Between Failures) גבוה.
•הרובוט פועל כחלק ממכונה שפועלת ברציפות במשך 24 שעות ביממה, שבעה ימים בשבוע. לכל השבתה בתהליך יש עלות גבוהה ביותר ללקוח.
•האינטגרציה של המגברים כחלק ממערכת בקרת תנועה רב צירית צריכה להיות קלה ופשוטה כדי להקטין משמעותית את זמן ועלות הפיתוח.
•לרובוט נדרשות שלוש יציאות דיגיטליות: (1) התראה, (2) הפעלה או כיבוי של הסרוו,
(3) בלימה.
מגבר ה הסרוו הדיגטלי, ה- Whistle, נבחר לאפלקציה זו בגלל גודלו המזערי, הוא שולב על מעגל PCB בתוך הזרוע של הרובוט. :
ה- Whistle הוא מגבר קומפקטי בגודל : 55 x 15 x 46.5 מ”מ בלבד.
ארבעה מגברי WHI–15/60 נבחרו להתקנה ברובוט.
מגבר ה-Whistle הוא מגבר בעל אמינות גבוהה וביצועים גבוהים שמאפשרים לו לעמוד בדרישות של יישומים תעשייתיים קפדניים ביותר. העלות של השבתת קו הייצור של מסכי LCD היא גבוהה ביותר, המגברים של Elmo הם בעלי זמן MTBF גבוה ולכן עונים היטב לדרישה זו.
מגבר ה-Whistle מסוגל לספק זרם שיא של 30 אמפר, לכן הוא מאפשר להגיע לתאוצה גבוהה של הזרוע הרובוטית במהלך התנועה ההתחלתית. למגברים יש יכולת להניע את מסכי הLCD בתנועה מדויקת וחלקה כתוצאה מאלגוריתמים המתקדמים של אלמו לבקרת תנועה. – Composer היא סביבת התוכנה של אלמו שמאפשרת לתכנת את המגברים לביצוע תנועות מדוייקות.
במארז הרובוט יש מקום מוגבל ביותר עבור המעגל המודפס (למגבר ולבקר הרב צירי ), התמסורת והבורג המוביל של ציר z, ספקי הכוח, השנאי והכבלים וכיו”ב. המגברים הקומפקטיים של אלמו שמספקים הספק גבוה חיוניים כדי לשמור את הנפח הדרוש למימוש האפלקציה קטן ככול האפשר.
האינטגרציה של ה- Whistle (שמתחבר ל- PCB באמצעות הלחמה ) היא פשוטה קלה ומהירה, לכן זמן הפיתוח הוא קטן ביותר.
הציר האנכי הבלתי מאוזן נשלט ומכוון על ידי מגבר ה -Whistle לתנועה מעלה ומטה באמצעות יציאה מיוחדת לשליטה על בלם חיצוני.
גרסה מיוחדת של תוכנה (firmware) פותחה עבור יישום זה במטרה להשתמש ביציאות של המשוב המשני כיציאות דיגטליות נוספות.
צוות התמיכה ומהנדסי האפליקציה של Elmo מלווים את הלקוח בכל שלבי התכנון במטרה לאתר פתרונות הנדסיים אופיטמאליים .
מי היא Elmo
•מוצרים קומפקטיים שניתן להלחים אותם על מעגלי PCB
•שילוב של הספק יציאה גבוה ואינטליגנציה גבוהה, הכול במארז קטן.
•מהנדסי התמיכה של אלמו מחויבים למימוש מוצלח של הפתרונות.
•בקרת תנועה מהירה, מדויקת וחלקה.
•אמינות גבוהה בסביבה תעשייתית תובענית.
•קלות ופישוט תהליך האינטגרציה ברובוטים תעשייתיים.
•שימוש בפרוטוקולי תקשורת סטנדרטיים.
