Struktura manipulatorów

Transkrypt

1 Temat: Struktura manipulatorów Warianty struktury manipulatorów otrzymamy tworząc łańcuch kinematyczny o kolejnych osiach par kinematycznych usytuowanych pod kątem prostym. W ten sposób w zależności od kolejno usytuowanych par kinematycznych obrotowych i postępowych powstaną łańcuchy kinematyczne o ruchu członów w układach współrzędnych prostokątnych, cylindrycznych i sferycznych. Warianty struktury dla manipulatora złożonego z trzech członów ruchomych (trzech par kinematycznych) : I człony 1, 2, 3 wykonują ruch postępowy w kierunku wzajemnie prostopadłych osi x, y, z, II człon 1 wykonuje ruch obrotowy o kąt ϕ 1, człon 2 ruch postępowy w kierunku osi z, a człon 3 wzdłuż ramienia R, III człon 1 wykonuje obrót o kąt ϕ 1, człon 2 o kąt ϕ 2, a człon 3 przemieszczenie w kierunku ramienia R, IV człony 1, 2, 3, wykonują ruchy obrotowe, odpowiednio ϕ 1, ϕ 2, ϕ 3. Rys. 1. Schematy strukturalne wariantów manipulatorów Opracował J. Felis str. 1

2 W ten sam sposób dokładając kolejne pary kinematyczne można tworzyć warianty struktury złożone z większej liczby par kinematycznych. Łańcuch kinematyczny otwarty zawierający trzy i więcej par kinematycznych klasy V realizuje przestrzenny ruch punktu mocowania kiści, jeżeli spełnia jeden z warunków: istnieją dwie pary kinematyczne obrotowe, których osie nie są równoległe, istnieją dwie pary kinematyczne obrotowe, których osie są równoległe i jedna para kinematyczna o osi prostopadłej do poprzednich, istnieją dwie pary kinematyczne postępowe, których osie nie są równoległe i jedna para obrotowa, której oś nie jest prostopadła do płaszczyzny, w której leżą osie par postępowych, lub para postępowa, której oś nie jest równoległa do tej płaszczyzny. Kształt i objętość przestrzeni roboczej są uwarunkowane przemieszczeniami regionalnymi pierwszych trzech członów manipulatora. Przestrzeń robocza, w obrębie której przemieszcza się punkt członu roboczego ( chwytaka ) nazywamy główną przestrzenią roboczą. Maksymalną objętość przestrzeni roboczej manipulatora z parami obrotowymi uzyskuje się, gdy osie pierwszej i drugiej pary przecinają się pod kątem prostym a osie drugiej i trzeciej są równoległe. Maksymalną objętość przestrzeni roboczej manipulatora z parami postępowymi uzyskuje się, gdy osie tych par są do siebie kolejno prostopadłe. Do uzyskania trójwymiarowej przestrzeni roboczej wystarczy ruchliwość w=3, jeżeli jednak w>3, to poprawia się tzw. manewrowość robota. Może on wówczas np. omijać przeszkody. Konstrukcja manipulatorów Roboty przemysłowe produkowane są jako stacjonarne oraz jako mobilne. Podstawa robotów stacjonarnych jest przymocowana do podłoża. Roboty mobilne posiadają układ kinematyczny umożliwiający ruch podstawy względem podłoża, mogą to być roboty suwnicowe, portalowe, gąsiennicowe i inne. Najbardziej rozpowszechnione są roboty stacjonarne konstruowane jako monolityczne lub modułowe. Roboty monolityczne mają zwartą konstrukcję mechaniczną, której nie można zmieniać w zależności od potrzeb użytkownika. Roboty modułowe powstają z elementów składowych (modułów), które można składać w odpowiedniej konfiguracji. Opracował J. Felis str. 2

3 ROBOTY MONOLITYCZNE Rys. 2. Manipulator stacjonarnego monolitycznego robota Motoman typ K6SB firmy Yaskawa Opracował J. Felis str. 3

4 Tablica 1. Dane techniczne robota K6SB 1 robot, 2 pulpit sterowniczy, 3 interfejs urządzeń spawalniczych, 4 palnik, 5 układ sterowania, 6 pozycjoner stołowy Rys. 3. Stanowisko spawalnicze z robotem Motoman Opracował J. Felis str. 4

5 Rys. 4. Manipulator mobilnego monolitycznego robota a) b) Rys. 5. Manipulatory monolitycznych robotów mobilnych a) suwnicowego b) portalowego Opracował J. Felis str. 5

6 ROBOTY MODUŁOWE Manipulatory robotów modułowych są budowane z mechanicznie, energetycznie i sygnałowo sprzężonych zespołów nazywanych modułami, z których każdy realizuje ruch w ramach jednego stopnia swobody. Moduły realizują przemieszczenia liniowe lub kątowe w dowolnej kolejności. W podstawowych rozwiązaniach konstrukcyjnych moduły są pozycjonowane dwupołożeniowo. W rozwiązaniach zaawansowanych technicznie stosowane jest pozycjonowanie wielopołożeniowe. W zastosowaniach technicznych najczęściej są stosowane manipulatory modułowe z napędem pneumatycznym. Rys. 6. Schematy konstrukcyjne wybranych konfiguracji modułów robotów PR-02 produkcji MERA-PIAP Opracował J. Felis str. 6

7 Rys. 7. Manipulator modułowy firmy FESTO Opracował J. Felis str. 7

8 Rys. 8. Przykłady konfiguracji modułów firmy FESTO Opracował J. Felis str. 8

9 NAPĘDY MANIPULATORÓW ROBOTÓW Stosowane są napędy: pneumatyczny, hydrauliczny, elektryczny i mieszany Napęd pneumatyczny: siłowniki liniowe, obrotowe i liniowo-obrotowe Napęd hydrauliczny: siłowniki liniowe i wirnikowe silniki hydrauliczne. Napęd elektryczny: silniki prądu stałego, silniki prądu przemiennego, silniki krokowe. Ruch liniowe z napędem elektrycznym jest uzyskiwany poprzez zamianę ruchu obrotowego na postępowy w mechanizmie śrubowym. Redukcję prędkości silnika elektrycznego uzyskuje się poprzez zastosowanie przekładni mechanicznych kołowych, cięgnowych a w szczególności przekładni falowych lub cykloidalnych. PRZYKŁADY ELEMENTÓW NAPĘDU PNEUMATYCZNEGO tłoczysko gwint metryczny Rys. 9. Typowy siłownik pneumatyczny dwustronnego działania tłok uszczelnienie tłoka Wraz z siłownikiem można zamawiać jego wyposażenie: wszelkie elementy służące do zasilania sprężonym powietrzem, czujniki położenia, elementy mocujące siłownik, elementy złączne na tłoczysko. W zasadzie w manipulatorach stosowane są specjalne moduły ruchu liniowego wyposażone w elementy zasilania, sterowania i pomiarowe. Opracował J. Felis str. 9

10 czujnik położenia element regulacji skoku interfejs elektryczny i pneumatyczny samoczynnie nastawiający się amortyzator Rys. 10. Nowoczesny pneumatyczny moduł ruchu liniowego wraz z wyposażeniem (firma FESTO) łopatka tłok siłownika z uszczelnieniem łożysko toczne wału wyjściowego wał siłownika Rys. 11. Pneumatyczny łopatkowy siłownik firmy FESTO Opracował J. Felis str. 10

11 Rys. 12. Pneumatyczny siłownik liniowo-obrotowy (FESTO) Opracował J. Felis str. 11

12 Otwory na śruby mocujące bruzda bezstykowego czujnika pomiarowego precyzyjne ustawienie i uszczelnienie kształt tłoka zabezpiecza przed obrotem elastyczne zatrzymanie w pozycji końcowej wewnętrzne łożyskowanie dla precyzyjnego centrowania tłoczyska tłoczysko z gwintem zewnętrznym lub wewnętrznym Rys. 13. Siłownik podwójnego działania o przekroju prostokątnym (FESTO) PRZYKŁADY ELEMENTÓW NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO silnik prądu stałego z tachometrem i rezolwerem osłona rezolwera sprzęgło Rys. 14. Zespół silnika prądu stałego robota przemysłowego IRb-6 Opracował J. Felis str. 12

13 elastyczny pierścień zębaty 2 a) b) c) Rys. 15. Przekładnia falowa (stosowana m.i. w robocie IRb-6) a) schemat obliczeniowy, b) schemat kinematyczny, c) schemat konstrukcyjny, j - generator fali (jarzmo w przekładni obiegowej) obudowa przekładni, 2 elastyczne koło zębate, 3 - koło sztywne z zazębieniem wewnętrznym Przełożenie przekładni falowej: i z 3 j j = 1 i23 = 1 = z2 z2 z z 3 Opracował J. Felis str. 13

14 Rys. 16. Zamiana obrotowego ruchu wału silnika na postępowy ruch nakrętki kulowej (zastosowanie m.i. w robocie IRb-6) Rys. 17. Śruba i nakrętka kulowa Opracował J. Felis str. 14

15 7, 9 - Napędy z nakrętką i śrubą kulową (6, 8) Pozostałe napędy z przekładnią falową Rys. 18. Schemat konstrukcyjny robota IRb-6 1 podstawa, 2 - obrotowy korpus, 3 ramię dolne, 4 ramię górne, 5, przegub, 6 - przekładnia śrubowa napędu obrotu θ, 7 - zespół napędowy obrotu θ, 8 - przekładnia śrubowa napędu obrotu α, 9 - zespół napędowy obrotu α, 10 zespół napędowy skręcania ν, 11- zespół pochylania τ. Literatura: 1. Dokumentacja serwisowa IRb-6. MERA-PIAP. 2. Katalog firmy FESTO. 3. Robotyka. WNT, Warszawa, 3/ Tomaszewski K.: Roboty przemysłowe. WNT, Warszawa Opracował J. Felis str. 15