Utilizarea Unui Brat Robotic cu O Structura de Tip Scara Intr Un Sistem de Ansamblare

Lucrare de licență

Utilizarea unui braț robotic cu o structură de tip SCARA într-un sistem de ansamblare

CUPRINS

1 Introducere

Roboti industriali si de manipulare

Structura robotilor de topologie serial

Structura robotilor de tip SCARA

Stadiul Actual

Aplicatii ale robotului SCARA

Alegerea si prezentarea solutiei proprii

Schema cinematica

Descrierea solutiei adoptate

Memoriu tehnic

Dispozitivul de prehensiune

Structuri

Modelul CAD

Memoriul calculelor

Tehnologii de executie/montaj/experimentare

Eficienta economica

Parametrii tehnico-functionali obtinuti/conditii de exploatare

CAPITOLUL 1. INTRODUCERE

1.1Noțiunea de robot.Roboți industriali și manipulatoare

Înainte de a defini robotul este necesară definirea științei care se ocupă cu conceperea lor. Deci Robotica este știința și tehnica de concepție a roboților. Ea a cunoscut o dezvoltare armonioasă în ultimii ani în toată lumea. La început a apărut ca știința de sine stătătoare bazată pe mecanică,cibernetică și la ora actuală pe mecatronică.

Robotul poate fi definit în mai multe moduri. El este un dispozitiv antropomorf. Elementele unui sistem robotic sunt denumite prin analogie componentele corpului uman: brat, senzori, picioare. Robotul este o mașină automată programabilă, folosită în procesul de producție pentru realizarea unor funcții care sunt analogie cu cele realizate de mîna omului.

Definiția oficială dată de R.I.A(Robot Institute of America) robotului este urmatoarea: “Un manipulator multifuncțional, reprogramabil, proiectat pentru a muta sau manipula materiale, instrumente sau dispozitive specializate prin intermediul unor mișcări programate, variabile în scopul îndeplinirii unor task-uri variate”.

“Creierul robotului” are următoarele componente:

-o memorie pentru stocarea datelor;

-o unitate de calcul sau procesare a informației, un interpretor pentru interpretarea datelor aflate în memorie;

-o interfață pentru transmiterea informațiilor către elementul de acționare.

Scopul practic al introducerii roboților este acela al încărcării lor cu acele tipuri de acțiuni care pentru om sunt dificile, prezintă sarcini gravitaționale mari, sunt monotone, periculoase pentru sănătate și viața. Adică, în primul rand la:

-operațiile de producție auxiliare: încărcarea și descărcarea mașinilor unelte și a automatelor;

-operații de prelucrare propriu-zisă cu roboți-industriali: sudură, vopsire, debitare, montaj, etc. Utlizarea cuprinde și domeniul condițiilor de lucru așa zis extremale: sub apă, în cosmos, în medii radioactive sau otrăvitoare.

Mecanismul de manipulare este un lanț cinematic deschis, format din segmente rigide și cuple sau articulații cu un grad de libertate.

Manipulatorul este un dispozitiv de deplasare în spațiu a unor piese prinse într-o mână mecanică, dispozitiv comandat de un operator uman sau un program. Programul de lucru este fix,conceput pentru o anumită instalație, mașina unealtă, utilaj.

Robotul industrial se definește ca fiind o mașină automată, programabilă,

folosită în procesul de producție pentru realizarea unor funcții de acționare analoage cu cele realizate de mâna omului pentru deplasarea unor piese sau scule din procesul industrial. Deci robotul industrial este un manipulator universal cu program flexibil.

Scurt istoric al roboților industriali

Primul robot industrial a fost produs în 1968 de către Kawazaki Heavy Industries Ltd., sub o licență din S.U.A. Între timp, Japonia a devenit punct de referință în lume, avand mai mult de 150 de companii angajate în producerea de roboți și având cel mai mare numar de roboți industriali în folosință.

În revista Business Week se susținea că Japonia are mai mulți roboți în funcțiune decât toate țările vestice împreună. Se considera că, în viziunea cea mai largă dată noțiunii de robot, Japonia avea de 8 ori mai mulți roboți decât în Germania și de 14 ori numărul de roboți din S.U.A. În domeniul prelucrărilor, industria japoneză avea 14000 de roboți comparativ cu 3255 în S.U.A, 850 în Germania, 600 în Suedia și 500 în Italia.

Introducerea echipamentelor mecanice a avut principalul scop de a înlocui omul în muncile în care cereau un efort fizic apreciabil. În contextul japonez sunt numeroși factori care au favorizat utilizarea pe scarea largă a roboților. Unul dintre aceștia a fost reprezentat de tendința, mai ales din partea tinerilor, de a desfășura mai mult activități intelectuale de a renunța la activitățile periculoase.

Printre cei mai mari utilizatori de roboți din Japonia se numără industria de automobile, urmează apoi industria de mașini electrice, de material plastic și prelucrarea metalelor.

În întreprinderile mari roboții asigură flexibilitatea în programarea producției pentru diversele componente de pe aceeași linie de asamblare. Firmele Toyota și Nissan au introdus deja elementele ale programării cu ajutorul calculelor astfel încât pe aceeași linie de producție să poată fi obținute mai multe variante ale aceluiași model de automobile. Roboții vor accelera acest proces prin intermediul programelor sofisticate pe care le utilizează.

Cel mai simplu robot reprezintă in realitate o extindere a mecanizării, prin aceea că este programat să execute o singură operație. Spre exemplu, un braț mecanic programat saă transfere anumite piese de la un loc la altul pe o linie de producție execută

această operație mult mai ieftin și cu mai multă precizie decât un muncitor.

O complexitate mai mare o au roboții care pot executa mai multe operații, a căror ordine este stabilită de un sistem de control cu care sunt prevăzuți. Cei mai avansați roboți sunt cei prevăzuți cu anumiți senzori care îi fac capabili ‘să vada’, ’să simtă’ sau ‘să audă’. Astfel de roboți sunt utilizați în întreprinderile japoneze producătoare de echipamente electronice. Firma Matsushita dispune de un robot capabil să recunoască diferite componente colorate dintr-un container.

În fig. 1.1,b este reprezentat un robot industrial. Acțiunea unui robot industrial se aplică asupra obiectului de lucru (OL). Acesta poate fi o piesă, un semifabricat sau o sculă (cap de sudare, de vopsire, etc).

Elementul final cu care se termină robotul industrial și care permite să își îndeplinească funcția în cadrul procesului industrial, se poate denumi terminal.

Terminalul poate fi materializat prin dispozitiv de prehensiune (DP) în cazul în care obiectul de lucru este fixat (strans), dispozitivele de apucare pe alte principii ( cu vid, magnetice) sau diferite dispozitive active în procesul tehnologic (capete de sudură, capete de vopsire, de sablare, capete de palpare de la roboți industriali de control, etc.).

Acest robot are șase elemente mobile: 1,2,…,6 care îi vor conferi 6 grade de libertate (ω1,ω2,…,ω6), fiind posibilă deplasarea și orientarea obiectului de lucru în spațiu. Așa cum se va menționa sunt roboți industriali cu mai puține grade de libertate și cu mobilitatea asigurată și prin translații.

În fig. 1.1,c sunt redate principalele blocuri funcționale ale robotului, fluxurile energetice (de putere) și fluxuri informaționale.

Un exemplu tipic de manipulator care reproduce mișcările operatorului la scara 1:1 și este fără aport de energie exterioară este acela care servește camerele radioactive din centrele de cercetări nucleare (fig.1.1.a)

Figura 1. 1

1.2 Parametrii caracteristici ai roboților

Pe baza parametrilor constructivi și a domeniului de folosire a roboților industriali, s-au stabilit pentru aceștia următoarele caracteristici:

Capacitatea de ridicare;

Numărul gradelor de libertate;

Zona de lucru;

Gradul de mobilitate;

Schema cinematică structural;

Sistemul de comandă;

Precizia de poziționare (eroarea de poziționare);

Eroarea de directie etc.

Capacitatea de ridicare – mărimea masei maxime pe care o poate apuca și menține în orice poziție mâna robotului industrial. Modelele cele mai uzuale au capacitatea de ridicare cuprinsă între 10 și 160 kg.

Numarul gradelor de libertate n – este numărul tuturor posibilităților de mișcare a mâinii robotului fără a lua în considerare deplasarea fălcilor mâinii pentru strângere și desfacere. Pentru ca efortul să poată accesa orice punct din zona de lucru cu articulație variabilă, manipulatorul trebuie să posede cel puțin 6 grade de libertate (3 de poziționare și 3 de orientare).

Zona de lucru – Spațiul descris de efector atunci când manipulatorul execută toate mișcările.

Ea se caracterizează prin:

Volumul de lucru;

Volumul de lucru util;

Raza maximă de deservire.

Gradul de mobilitate – capacitatea acestuia de a executa deplasări locale, regionale și globale.

Schema cinematică structural – determină posibilitățile cinematice și funcționale ale roboților industriali. Analiza schemei structural se face în funcție de sistemul de coordonare (cartezian, cilindric și sferic).

Analiza cinematică a robotului se face dupa numărul gradelor de libertate, tipul mișcării (translație sau rotație) și succesiunile acestora.

Numărul gradelor de libertate determină o mare varietate de variante posibile de scheme structurale.

Se utilizează cuple inferioare de rotație (R) și de translație (T).

Roboții cu 3 grade de libertate au 8 variante constructive prezentate în fig. 1.2: TTT,TTR,TRR,TRT,RRT,RTR,TRR,RRR.

Figura 1. 2

Robotul va fi împărțit în trei grupe cinematice:

1.-cinematica subansamblului generator de traiectorie (SGT)

În figura de mai sus sunt indicate schemele structural posibile ale SGT cu 3 grade de libertate.

2.-cinematica sistemului de orientare (SO) este caracterizată de gradele de libertate ale mișcărilor care asigură orientarea pieselor transportate. Alegerea SO depinde de cinematica SGT, adică de caracterul deplasării piesei din poziția inițială în poziția finală.

Deplasarea piesei prin rotire duce la modificarea orientării ei unghiulare. Pentru menținerea ei este necesar ca și SO să aibă același număr de grade de libertate de rotație în raport cu axa de coordonare ca și brațul.

Pentru roboții cu 2 deplasări rectilinii și una de rotație este necesar ca SO să aibă un singur grad de libertate de rotație. Pentru roboții cu o mișcare de translație și două de rotație este necesar ca SO să aibă 2 grade de libertate.

3.- cinematica dispozitivului de apucare.

Sistemul de comandă: poate fi un sistem de comandă secvențială, numerică sau cu calculatorul. Sistemul de comandă determină în mare măsură gradul de universalitate al robotului, rapiditatea trecerii de la un ciclu la altul, posibilitatea de servire a unor mașini sau utilaje diferite.

Tipuri de sisteme de comandă:

sisteme de comandă după program de poziționare și conturare;

sisteme de comandă de conturare;

Eroarea de poziționare Δ: reprezintă abaterea pozitței efective a punctului caracteristic față de cea teoretică. În funcție de eroarea de poziționare există 3 tipuri de roboți:

1.-roboți cu precizie de poziționare redusă Δ>±1mm;

2.-roboți cu precizie de poziționare medie:0,1mm≤Δ≤1mm;

3.-roboți cu precizie ridicată: Δ<0.1mm.

Eroarea de directive: este un unghi ce are ca laturi poziția cerută și cea realizată a dreptei caracteristice.

Eroarea de directive nu se menționează distinct în cartea robotului. Domeniul de variație este larg: de la ±30” la ±0.5° în cazurile nepretențioase.

1.3 Clasificarea roboților industriali

Mulți roboți sunt echipați cu o mână și un braț la mai multe articulații unite. Unele din aceste articulații se rotesc în arcuri drepte mimând comportamentul umărului uman, încheietura mâinii și a cotului. Alți roboți se mișcă în linii drepte similar cu o macara. Roboții sunt grupați în grupe în concordanță cu combinațiile de articulații folosite în construcția lor.

Brațele dreptunghiulare sunt denumite uneori “Carteziene” deoarece axele brațelor pot fi descrise folosind X,Y și Z ca sistem de coordonate. Se pretinde ca modelul cartezian să producă cele mai precise mișcări.

Brațele cilindrice au de asemeneea 3 grade de libertate dar se mișcă linear doar de-a lungul axelor X și Y. Al trei-lea grad de libert mișcă în linii drepte similar cu o macara. Roboții sunt grupați în grupe în concordanță cu combinațiile de articulații folosite în construcția lor.

Brațele dreptunghiulare sunt denumite uneori “Carteziene” deoarece axele brațelor pot fi descrise folosind X,Y și Z ca sistem de coordonate. Se pretinde ca modelul cartezian să producă cele mai precise mișcări.

Brațele cilindrice au de asemeneea 3 grade de libertate dar se mișcă linear doar de-a lungul axelor X și Y. Al trei-lea grad de libertate este rotația bazei în jurul celor două axe. Spațiul de lucru are forma unui cilindru.

Brațele sferice sunt cunoscute ca și roboți cu coordonate polare.

Au o singură mișcare de alunecare și două de rotație în jurul barei verticale și în jurul articulației umărului. Spațiul de lucru este o sferă parțiala care are diferite lungimi.

Robotul SCARA este de asemenea cunoscut ca un robot articulat cu braț orizontal articulat. Mulți roboți SCARA se rotesc în jurul celor 3 axe, și unii au o mișcare de alunecare de-a lungul unei axe în combinație cu rotația în jurul alteia.

Ultimul și cel mai utilizat este brațul articulat cunoscut și ca robot cu braț articulat. Brațul are trunchi, umăr, braț superior, antebraț și încheietură. Toate articulațiile se pot roti, rezultand 6 grade de libertate. Trei sunt axele X,Y, și Z. Celelalte sunt: mișcare încheietură sus-jos, mișcare mână dreapta-stânga, rotirea întregului antebraț “rotire”.

În funcție de complexitatea și gradul de perfecționare al sistemelor de comandă, roboții industriali pot fi împărțiți în 3 generații:

-din prima generație fac parte roboții care lucrează după un program rigid dinainte stabilit. Programul presupune deplasarea precisă a piesei din poziția inițială în poziția finală (operații de încărcare-descărcare, transport, stivuire).

-din a doua generație sunt roboții cu memorii mai dezvoltate aparținând unui calculator și sisteme informaționale care furnizează anumite informații despre mediul înconjurător.

Aceste informații ajung la calculator, care elaborează un program de lucru pentru robot.

Roboții de acest tip determină poziția și dimensiunile pieselor din zona de lucru.

-din a treia generație fac parte roboții se aseamană cu omul. Acești roboți pot să recunoască și pot analiza modificările apărute în timpul funcționării și să găsească singuri mijloace de rezolvare a acestora. Acești roboți reprezintă o formă de inteligență artificială.

În funcție de nivelul de programare și de varietatea sarcinilor efectuate, roboții se grupează astfel:

roboți cu sarcină fixă;

roboți cu control numeric;

roboți cu sarcini multiple;

roboți cu senzori.

O clasificare completă se poate face după: destinație, operațiile realizate, gradul de specializare, capacitatea de ridicare, domeniul de folosire, mobilitate, varianta constructiva, tipul acționării elementelor de execuție, caracterul modificării programului, sistemul de comandă.

1.4 Acționarea roboților industriali

Acționarea lanțurilor cinematice ale roboților industriali poate fi: electrică, hidraulică, pneumatică sau combinată.

Alegerea sistemului de acționare se face ținând seama de destinația robotului și de condițiile de exploatare: capacitatea de ridicare, ritm de lucru, temperatură și presiunea mediului ambient, gradul de poluare.

Acționarea electrică: asigură obținerea unor caracteristici dinamice superioare pentru un domeniu mare de reglare a vitezelor și o precizie ridicată de poziționare. Motoarele de acționare folosite trebuie sa aibă turații ridicate 3000…8000 rot/min ceea ce conduce la viteze unghiulare de rotație relative a brațelor de (30…900) °/s.

Tipurile de motoare utilizate sunt montate de current alternativ și de curent continuu, motoarele pas cu pas, motoare liniare asincrone.

Folosirea transmisiilor mecanice permite transformarea mișcării ca traiectorie și frecvență și totodată duce la o construcție mai compactă a robotului.

Introducerea transmisiilor cu roți dințate conice au și avantajul preluării jocului prin deplasarea axială a uneia dintre roțile dințate.

Transmisii de tip cremalieră – roata dințată se utilizează avantajos pentru transformarea mișcărilor de translație în rotație și invers, special la roboți cu acționare hidraulică și pneumatică.

Se mai folosesc transmisii cu bandă sau cu fir, cu lanț, mecanisme cu pârghii.

Dezavantajele acționării electrice:

Pericol de explozie în anumite medii;

Greutatea proprie a sistemului de acționare mai mare față de cazul acționării hidraulice.

Acționarea hidraulică: este cea mai importantă dintre mișcări deoarece cuprinde o gama largă de sisteme: sisteme hidraulice de poziționare cu comandă secvențială, sisteme electro-hidraulice deschise cu comandă numerică, sisteme electro-hidraulice de urmărire. Toate aceste sisteme hidraulice permit realizarea mișcărilor de deplasare rectilinie sau de rotație.

Avantajele acționării hidraulice:

Posibilitatea de a dezvolta forțe și momente mari pentru gabarite mici;

Domeniu mare de reglare continuă a vitezelor;

Viteză mare și uniformitate la inversarea sensului de mișcare;

Ușurința obținerii mișcărilor rectilinii alternative.

Dezavantajele acționării electrice:

Sensibilitate la modificarea temperaturii mediului ambient;

Gabarit mare al instalațiilor hidraulice;

Pierderi volumice de ulei.

Costul global al sistemului de acționare hidraulic este mai mare decât la cel electric.

Acționarea pneumatică: La acționarea pneumatică se folosesc presiuni mici, usual(4..6) bar, ceea ce nu permite dezvoltarea unor forțe mari. Din acest motiv acționarea pneumatică se folosește la roboți cu capacitate de încărcare mică ( până la 10 kg). Ea este în multe privințe asemănătoare cu cea hidraulică. Are ca deosebiri lipsa conductelor de retur și o sensibilitate mai mică la modificarea temperaturii. Acționarea pneumatică rămâne de mare interes în cazul manipulatoarelor cu programe rigide.

1.5 Structura mecanică a roboților industriali

În unele cazuri structura robotului industrial poate fi teoretic desfacută în două părți:

a) mecanismul generator de traiectorie format din primele trei elemente mobile și deci și primele trei cuple. Mecanismul generator de traiectorie formează lanțul cinematic principal.

b) Sistemul de orientare (mecanismul de orientare) formează lanțul cinematic secundar și conține 2 sau 3 elemente și cuple de rotație ( pentru n=5, respectiv n=6).

Structura mecanică a unui robot industrial este formată din elemente rigide și cuple cinematice ce au rolul de a lega elemntele între ele. Dintre clasele de cuple cinematice se utilizează, în primul rând, cuple C5 cu un singur grad de mobilitate, adică numai cuple de rotație (R) și de translație (T). Cuplele superioare C4 și C3 ridică atât probleme tehnologice privind preluarea jocurilor, cât și dificultăți de acționare.

Cuplele inferioare sunt cele mai uzuale. Structurile pot fi de tip lanț cinematic deschis sau lanț cinematic închis. În cazul lanțului cinematic deschis ( fig.1.3) elementele și cuplele formează o structură arborescentă, cuplele conectează numai două elemente din succesiunea lor ordinală. O caracteristică a structurilor cu lanț cinematic deschis este și aceea că numărul de grade de libertate este egal cu cel al cuplelor sau, altfel spus, fiecare cuplă este motoare. Cuplele conectează două elemnte în ordine crescătoare: 1-2, 2-3, 3-4,…,(i-1)i. În cazul lanțului cinematic închis (fig. 1.5.1,b) fiecare element are cel puțin două legături la cuple: 1-2,2-3…(i-1)I,I,1.

Figura 1. 3

Numărul total de grade de libertate al unui robot industrial este usual n=4…6.

Pentru a asigura o poziție oarecare a obiectului de lucru în spațiu, sunt necesare 6 grade

de libertate ce pot fi exprimate ca trei translații pentru a conferi poziția punctului caracteristic (PC) și trei rotații pentru a realiza orientarea spațială.

Este evident că numai roboții industriali ce au n=6 pot asigura poziția generală a obiectului de lucru.

Ceilalți roboți industriali, de exemplu cei cu n=5, pot realiza, într-o aplicație: orice coordonate a punctului carcateristic și o orientare parțială a obiectului de lucru (orientare numai a unei axe a acestuia) sau în altă aplicație: numai o mișcare plană a punctului caracteristic și o orientare completă a obiectului de lucru (orientare a doua axe legate ale obiectului de lucru).

În fig.1.4 este prezentat un robot industrial cu n=6, cu structura RTTRRR. Elementele 1,2 și 3 formează mecanismul generator de traiectorie (MGT), iar elementele 4,5 și 6 sistemul de orientare (SO). Rolul mecanismului generator de traiectorie (MGT) este de a modifica poziția spațială a obiectului de lucru, iar sistemul de orientare de a conferi orientarea.

Figura 1. 4

În fig.1.5 sunt date cateva structuri uzuale de roboți industriali. Pentru simplitatea reprezentarii sistemului de orientare (SO) este convențional desenat ca o cuplă sferică cu mobilitate (rotații) cu axe concurente. Sunt prezentate trei structuri ce au cuple de translație:

TTT de tip portal utilizată pentru montaj și măsurare;

RTT sau așa zisul robot cilindric după tipul coordonatelor în care lucrează;

TRR de tip “SCARA” (una din variante). Este o structura particulară la care articulațiile mecanismului plan nu sunt încărcate cu momente statice datorate greutăților.

Prima structură RRR (I), pe lângă rotația ωz cuprinde următoarele două elemente ce formează un mecanism plan în direcție verticală. Este una din cele mai răspândite structuri în variația acționării electrice, având o bună repartiție a maselor și deci o comportare dinamică bună.

Structura a două din aceasta categorie este notată pe desen cu RRR-(II).

Reprezintă un exemplu dat pentru utilizarea și a lanțurilor cinematice închise. Roboții realizați cu această structură pot ajunge la o bună echilibrare statică și sunt folosiți pentru sarcini mari.

Structura de tip trompă de elefant (robot vertebral) este folosită ca sistem de orientare spațial pentru roboții cu aplicații la care se cere o mare mobilitate (n > 6), cum ar fi vopsirea, șablarea, etc.

Celelalte structuri sunt de tipul articulat, care astăzi au cea mai largă răspândire la roboți industriali acționați electric.

Figura 1. 5

1.6 Structura roboților de topologie serială

Sistemul mecanic al unui robot industrial de topologie serială are următoarea structură:

dispozitiv de ghidare;

dispozitiv de prehensiune .

Dispozitivul de ghidare are rolul de a realiza deplasarea punctului caracteristic și orientarea dreptei caracteristice. El se compune din :

mecanismul generator de traiectorie ;

mecanismul de orientare.

Roboți industriali tip “braț articulat” ( BA )

Figura 1. 6 Schema cinematică a unui robot brat articulat

Acest tip de RI are ca mecanism generator de traiectorie un lanț cinematic deschis compus din cuple cinematice de rotație.

Aceștia au o mare suplețe care permite accesul în orice punct al spațiului de lucru. Dezavantajul său principal îl constituie rigiditatea sa redusă. Cei mai cunoscuți roboți industriali aparținând acestei arhitecturi sunt :

ESAB (Suedia) , Unimation ( SUA ) 6CH aRm Cincinnati Millacrom ( SUA ).

Roboți industriali de tip “pistol” (P )

Acest tip de roboți industriali este constituit dintr-un corp central ce poartă numele de braț , asemănător unei țevi de pistol , care-și poate modifica direcția și lungimea. Construcția lor este simplă și ei se remarcă printr-o suplețe și o dexteritate scăzută. Spațiul lor de lucru este relativ mic. Se utilizează în special la manipularea unor mase reduse. Din punct de vedere structural sunt roboți de tip TRT. Dintre roboții aparținând acestui tip cei mai reprezentativi sunt MHU Senior ( Suedia ) , Unimate ( SUA ) , Kawasaki (Japonia ). Schema cinematică a unui astfel de robot este redată în figura 1.7

Figura 1. 7. Schema cinematică a unui robot tip “Pistol “( P )

c)Roboți tip “turelă “ (T )

Roboții industriali de tip turelă au o arhitectură asemănătoare celor de tip pistol. Caracteristic pentru acest tip de robot este faptul că între corpul central și braț, având construcția și mișcările similare cu cele ale subansamblului similar de la tipul pistol, se interpune un subansamblu de tip turelă, care permite o rotație suplimentară în jurul unei axe care se găsește într-un plan orizontal.

Figura 1. 8.Schema cinematică a unui robot turelă

Robustețea și suplețea acestui tip de roboți este superioarã celor de tip pistol. Roboții de tip turelă sunt utilizați în aproape orice tip de aplicație având din acest punct de vedere un caracter universal. Din punct de vedere structural sunt roboți de tip RRT. Cel mai reprezentativ robot aparținând acestei arhitecturi este robotul Unimate 1000. Schema cinematică a unui robot turelă este redată în figura 1.8.

d)Roboți de tip “coloană”( C )

Și acest tip de roboți , ca și cei de tip T și P are un braț care poate efectua o translație , numai că acesta este purtat de o coloană verticală care se poate roti și permite în același timp și o translație pe verticală. Roboții de tip coloană au o construcție simplă, sunt robuști și au o bună dexteritate. Sunt mai putin suplii decât cei de tip pistol și turelă. Din punct de vedere structural schema cinematică a unui robot coloană este redată în figura 1.9.

Figura 1. 9. Schema cinematică a unui robot tip “coloană”[4]

Roboți de tip SCARA

Figura 1. 10

În figură este reprezentată schema cinematică a acestui robot:

brațul 1 are o mișcare de rotație ω1 cu axa verticală față de suportul sp;

brațul 2 are o a doua mișcare de rotație ω2 față de brațul 1;

platoul 3 are mișcarea de rotație față de brațul 2;

elementul 4 translatează cu vz față de platoul 3 ;

în capătul elementului 4 este fixat dispozitivul de apucare DA care fixează obiectul OL.

1.7 Structuri robotice de tip SCARA

Un robot SCARA este o mașină de asamblare care instalează părți sau deplasează elemente. Acesta a fost conceput pentru a imita acțiunea unui braț uman și poate fi folosit în domenii cuprinzând de la fabrici de automobile până la construcții subacvatice. Acest instrument este frecvent utilizat datorită vitezei sale, eficienței și costurilor reduse.

Acronimul vine de la Selective Compliant Assembly Robot. În mod tradițional, un robot SCARA cu 4 axe, de exemplu, se poate deplasa la orice coordonate X-Y-Z din aria lor de lucru. Există o a patra axă de mișcare, care este rotatia încheieturii (Theta-Z). Mișcarea pe verticală este, de obicei, o axă liniară independentă, la încheietură sau la bază. Brațul este puțin mobil în direcția X-Y, dar rigid în direcția Z, de unde și denumirea sa.

Fig 1.11

Un dezavantaj al configurației SCARA este că acesta poate fi mult mai costisitor, deoarece software-ul de control necesită cinematica inversă pentru mișcările liniare interpolate. Pe de altă parte, limitele de lucru ale robotului SCARA tind să fie dificil de controlat. Roboții SCARA sunt înalti, astfel că se folosesc de spații libere mari deasupra lor. Deoarece acest lucru este primordial, roboții SCARA nu pot fi folosiți pentru a alimenta procese sau pentru aplicații de inserție și reparații.

Domenii de utilizare

Rigiditatea crescută în direcția verticală și flexibilitatea în planul orizontal fac robotul SCARA foarte potrivit pentru mai multe tipuri de operațiuni de asamblare, de exemplu, introducerea stift într-un alezaj . Roboții SCARA ofera cel mai bun raport preț / performanță, în ceea ce privește viteza. Ei sunt mai rapizi, deoarece se deplasează mai puțin datorită configurației sale.

Astfel, în afară de asamblarea ușoară, un robot SCARA este ideal pentru o varietate de aplicații ce necesită mișcări rapide și repetabile, cum ar fi paletizarea, de-paletizarea, mașină de alimentare / descărcare, pick-and-place și aplicații de ambalare. De asemenea, industria circuitelor imprimate, în special, utilizează un număr mare de SCARA pentru introducerea semiconductoarelor IC.

Domenii de aplicații:

– operații de sudură;

– operații de vopsire;

-operații de manipulare și paletizare;

-operații de asamblare

Figura 1.11

Printre cele mai populare aplicații ale roboților industriali sunt operațiile de sudură. Repetabilitatea, calitatea uniformă și viteza unui braț robotic de sudură este de inegalat.

O altă utilizare eficientă a roboților industriali poate fi în domeniul vopsitoriilor. Consistența și repetabilitatea mișcării unui robot permite atât calitate la standarde ridicate precum și eficiența crescută în vopsire, reducând consumul de vopsea. Aplicațiile prin pulverizarea vopselei pot fi executate de roboți, reducându-se astfel necesitatea unui personal calificat, în același timp asigurând o calitate ridicată, uniformitate și costuri reduse.

Pe lângă domeniul producției industriale, roboții pot efectua și alte operațiuni importante precum design CAD / CAM și prototipuri sau chiar întreținere echipamente. Ei sunt adeseori folosiți și în aplicații constând în accelerație constantă în mișcări circulare.

Un robot SCARA este în concluzie utilizat în principal pentru asamblare. Acestea sunt utilizate de către producătorii din orice domeniu, de la automobile voluminoase până la produse electronice minuscule. Acesta poate fi programat să se ocupe de instalări foarte precise și nu pot transporta greutăti foarte mari, astfel încât brațul funcționează cel mai bine atunci când manevrează piese de mici dimensiuni. Acești roboți , pot avea, de asemenea articulațiile rezistente la apă, cu scopul de a funcționa în construcții subacvatice.

1.8 Stadiul actual

● Robot SCARA TS20

TS20 are o structură foarte compactă și a fost construit pentru funcționări la viteze mari. Este proiectat integral de Stäubli și oferă multe din posibilitățile tehnologice ale robotilor de gabarit mai mare, oferind performanțe foarte bune și robustețe. Conexiunile sunt integrate în braț, făcând posibilă legarea efectorului final direct la nivelul flansei. [3]

Fig 1.12

● KR 10 SCARA R850

Este în primul rând rapid și are o întindere de 850 mm cu o sarcină utilă de 10 kg și o acuratețe de poziționare foarte bună, de sub 0.02 mm. Cursa pe axa Z este de 300 mm, precizia de repetabilitate de <±0,025 mm, viteza maximă de 11 m/s și o greutate de 50 kg. Acest robot compact pe 4 axe combină ciclurile rapide de funcționare și precizia înaltă cu ajutorul controlerului KUKA. [2]

Figura 1.13 Structura robotică de tip SCARA KUKA KR 10 R850 [2]

● RX160

Robotul SCARA RX160 este destinat mediilor cu umiditate crescută, fiind proiectat special pentru condițiile pe care un astfel de mediu le implica . A fost realizat astfel încât să reziste condițiilor extreme în ceea ce privește coroziunea. Poate opera tăieri sub jet de apă, încarcă/descarcă în condiții umede.

Caracteristici

– Clasă înaltă de protecție a brațului de lucru dublată de impermeabilitate;

– Rezistent lichidelor având pH între 4.5 și 8.5;

– Articulațiile și brațele sunt protejate prin tratamente de suprafață;

– Zonele expuse sunt fabricate din OL inoxidabil;

– Componente cu o finisare de înaltă calitate pentru a facilita curățarea ușoară;

– Conexiunile sunt integrate în braț pentru a le proteja de mediul sever [5].

Fig 1.13

1.9 Aplicații ale robotului SCARA

1.9.1 Manipulare si stocare piese inalte

Robot de tip SCARA folosit in aplicatii de manipulare si stocare piese inalte.

Caracteristicile generale ale aplicatiei:
• Stocarea pieselor inalte se face utilizand axa lunga a robotului SCARA, pentru directia Z;
• Lungimile axei Z la robotii SCARA sunt:
  • YK250 … 400X: 300mm;
  • YK500 … 600X: 600mm;
  • YK700…1000X: 800mm;
• Avantajele folosirii unui robot de tip SCARA sunt:
  • viteza mare de deplasare;

• spatiul redus de instalare.

Fig 1.14

1.9.2. Punct de asamblare rotativ

Caracteristicile generale ale aplicatiei:
• Atunci cand robotul este asezat intre 2 placi rotative, acesta poate opera cu ambele placi;
• Robotul scara preia piesa de la postul de la bancul de asamblare unde a fost montat un robot cartezian si o depunde pe bancul de testare;
• Dupa efectuarea operatiei de testare a produsului final acesta este preluat de pe bancul de testare si pus pe banda de evacuare produs.

Fig 1.15

1.9.3.Inspecție produse

Robot de tip SCARA folosit in aplicații de inspectie produse introduse in aria de lucru a robotului.

Caracteristicile generale ale aplicației:
• Sistemul implementează o funcție de testare a produsului finit;
• Se efectuează verificarea calitații si funcționalitații produsului;
• Toata gama de roboți SCARA, începand cu YK120X pana la YK1200X nu au rival pe piata producatorilor de acest gen;
• Se realizează reducerea spațiului ocupat de robot;
• Deciziile sunt luate prin intermediul procesorului de imagine montat pentru monitorizarea operațiunii de testare.

Fig 1.16

Punct de asamblare in linie

Caracteristicile generale ale aplicației:
• Model in linie pentru asamblarea concomitenta a unei game variate de produse;
• Aplicația utilizeaza un robot SCARA datorita avantajelor pe care acesta le ofera pentru o manipulare și asamblare la viteze mari;
• Este posibila implementarea unei alte linii de preluare piese in fața liniei de asamblare pentru a marii cadența liniei de fabricatie.

Fig 1.17

Capitolul 2.

2.1 Prezentarea temei proiectului

Aceasta temă își propune utilizarea unei structuri de tip SCARA în cadrul unui sitem de asamblare/montaj. De aceea în acest capitol se va prezenta structura SCARA folosită, urmând ca în capitolul următor să se proiecteze, modeleze și realizeze dipozitivul de prehensiune folosit pentru prinderea pieselor de asamblat.

2.1 Schema cinematică a robotului de tip SCARA

Fig 2 1

În figura de mai sus este reprezentată schema cinematică a acestui robot:

– brațul 1 are o mișcare de rotație ω1 cu axa vertical față de suportul sp;

– brațul 2 are o a doua mișcare de rotație ω2 față de brațul 1;

– platoul 3 are mișcarea de rotație față de brațul 2;

– elementul 4 translatează cu vz față de platoul 3;

– în capătul elementului 4 este fixat dispozitivul de apucare DA care fixează obiectul de lucru OL.

2.2 Descrierea soluției adoptate

Soluția adoptată este de tipul cu antrenarea primelor două grade de libertate (ω1 și ω2) cu motoreductoare dispuse la nivelul axelor. Pentru a treia rotație (ω3) între motoreductor și axă este introdusă o transmisie cu curea dințată. Sunt utilizate reductoare armonice.

În fig. 2.2 este dată o reprezentare a robotului, unde se observă elementele sale:

0- bază;

1- elementul 1 care are rotația (ω1) în plan orizontal;

– 2- elementul 2 articulat (ω2) față de primul;

3- elementul 3 ce se rotește (ω3) față de elementul precedent;

4- elementul 4 ce execută o translație rectilinie verticală;

5 și 6 – capace de protecție;

OL- obiectul de lucru, de exemplu un cip prehensanat prin vacuum.

În fig. 2.3 este redată o vedere de detaliu, cu capacele de protecție îndepărtate.

Fig 2.3

Sunt notate:

M2, M3 și M4- motoare;

R2 și R3 reductoare armonice;

R4- reductor planetar;

3- elementul 3 ce realizează rotația ω3 ;

7- carcasa pentru fixarea reductorului R4;

8- curea dințată;

Fig. 2.4 prezintă o secțiune de ansamblu prin robot. Se observă dispunerea motorului M1 și a reductorului R1 în interiorul bazei 0. Elementul 1 este executat cu degajări pentru a-l ușura.

Pentru realizarea translației elementului 4 este folosit un mecanism șurub- piuliță cu bile. Piulița P este asamblată cu elementul 4, care este împiedicat să se rotească (față de elementul 3) cu ajutorul penei 12 (v. fig. 2.5). Șurubul S este antrenat de la motoreductorul MR4 prin cuplajul C.

Transmisia cu cureaua dințată 8 leagă roata de curea 9 (solidară cu ieșirea reductorului R3) cu elementul 3, ce este danturat.

Elementul 3 este lăgăruit față de elementul 2 prin doi rulmenți radiali 11 ce sunt montați în carcasa 10.

Așa cum a fost menționat mai sus, pentru acționarea primelor trei grade de libertate sunt folosite reductoare armonice. Sunt preluate reductoarele firmei “HD Systems” . În fig. 1.5 este redat reductorul CSF 14 ce va fi folosit pentru acționarea elementului 2 și a elementului 3. Pentru acționarea elementului 1 se va adopta reductorul CSF 17, ce dezvoltă un cuplu mai mare. Justificarea adoptării acestor reductoare este făcută după calculul dinamic al structurii.

Arborele motorului electric se introduce în flanșa 4 ce reprezintă intrarea reductorului. Între aceasta și deformatorul eliptic 3 este introdusă piesa intermediară 6. Se realizează astfel un cuplaj “Oldham“ ce compensează eroarea de centrare dintre arborele motorului electic și carcasa reductorului (în fig. 1.6 este redată 3D construcția cuplajului). Peste deformator este montat rulmentul special, deformabil 2, ce se găsește în interiorul “paharului“ danturat 1. La rotirea arborelui motorului “paharului“ angrenează în două zone opuse cu coroana danturată interior 7, ce reprezintă și prima carcasă a reductorului. Partea fixă a reductorului mai cuprinde și alte două carcase 8 și 10 asamblate cu șuruburile 9. Șuruburile 14 realizează asamblarea completă a părții fixe.Arborele de ieșire 15 al reductorului este lăgăruit față de carcasele 8 și 10 prin colivia cu role încrucișate 11, astfel realizându- se un rulment radial axial deosebit de compact.

2.3 Robotul SCARA YAMAHA

ROBOT MANIPULATOR

Seria de roboți YK-X este disponibilă în varianta cu 4 axe, având două brațe dispuse dupa axele X/Y (asemănător cu brațul uman) și o translație după axa Z și o rotație/orientare R (echivalente cu încheietura mâinii umane). Prin atașarea diferitelor dispozitive de prehensiune brațului Z, duce la o gamă largă de aplicații pot fi realizate cu o mare precizie la viteze mari. Semnele + și – indică direcția de mișcare pe axă atunci cand robotul este acționat.

ROBOT CONTROLER

Seria de roboți YK-X vine cu un robot controler (RCX40 sau QRCX) care se conformează cu cerințele speciale ale utilizatorului.

Vedere externă și dimensiuni

2.4 Contolerul Yamaha

Controlerele din seria RCX sunt proiectate pentru a fi utilizate cu un robot SCARA sau cu un robot Cartezian, în special pentru asamblare sau pentru aplicații de alegere-așezare. Aplicațiile includ de asemenea instrumente de control diferite, căptușeala și echipamnete de pulverizare care utilizează funcții lineare și funcții circulare de interpolare.

SISTEMUL PRINCIPAL DE CONFIGURARE

Sistem pentru controlarea unui singur robot

De exemplu: YK500X

Toate axele de pe robotul controler sunt utilizate ca axe principale ale

Panoul frontal al controlerului

1-Terminal AC IN: …Surse de alimentare pentru controller

2-Ledul "PWR": …….Se aprinde atunci când controlerul este pornit.

3-Ledul “SRV” : Se aprinde atunci când servo robot este pe ON și se stinge atunci când puterea de servo este pe OFF

4-Ledul"ERR"…..Se aprinde atunci când se produce o eroare gravă..

5-Conectorul “MPB”: .. conecteaza unitatea MPB.

6-Conectorul “COM”: .. conectează un dispozitiv extern prin intermediul interfeței RS-232C. (9P conector mamă D-SUB)

Ca o caracteristică standard, controlerul robotului are un port de interfață RS-232C pentru comunicații de date cu un calculator . Cele mai multe modele de calculator având un port RS-232C poate fi conectata la controlerul robotului, prin conectarea între conectorul COM pe partea din față a controlerului robotului și portul RS-232C al calculatorului

DEFINIȚIILE AXELOR PENTRU RCX 142

Robotul controler grup principal (MG) robot principal (MR) axele robotului principal(M?)

axele auxiliare ale robotului principal(m?)

subgrup (SG) subrobot(SR) axele subrobotului(S?)

axele auxiliare ale subrobotului(s?)

Robot controlerul – reprezinta întregul robot controlerul și controlează maxim 4 axe. Literele “RC” sunt afișate pe MPB.

Grupul principal – indică robotul principal și axele auxiliare principale și are maxim 4 axe. Literele “MG” sunt afișate pe MPB.

Robotul principal – reprezinta numele robotului specificat ca robot principal și include toate axele acestuia. Literele “MR” sunt afișate pe MPB.

Axele robotului principal – indică axele ce compun robotul principal. Acestea pot fi mutate prin comanda “MOVE” (Mută). Simbolul “M?” este afisat pe MPB. (max 4) Axele auxiliare ale robotului principal – singurele axe care compun grupul principal. Acestea nu pot fi mutate prin comanda “MOVE” ci prin comanda “DRIVE” . Simbolul “m?” este afișat pe MPB. (max 4)

Subgrupul – indică subansamblul robotului și axele auxiliare. Are maxim 2 axe. Literele “SG” sunt afișate pe MPB.

Subansamblul robotului – indică numele robotului specificat ca subrobot și include toate axele subrobotului. Literele “SR” sunt afișate pe MPB.

Axele subansamblului robotului – indică axele ce compun subrobotul. Pot fi mutate prin comanda “MOVE2”. Simbolul “S?” este afișat pe MPB. (max 2)

Axele auxiliare ale subansamblului robotului– nu pot fi mutate prin comanda “MOVE2”. Ele pot fi mutate cu ajutorul comenzii “DRIVE2”. Simbolul “s?” este afișat pe MPB. (max 2)

De obicei, doar axele robotului principal sunt specificate. Setările axelor auxiliare și ale subgrupului sunt pentru opțiunile făcute la momentul expedierii.

Unitatea de programare MPB

MPB este un dispozitiv portabil utilizat pentru a efectua toate operațiunile robotului, inclusiv operațiuni manuale, programe de intrare și programe de ieșire, setări de predare și parametrizare.

Panoul de expansiune I/O

Panoul de expansiune I/O utilizat in controlerul robotului are 24 de puncte de intrare cu scop general și 16 puncte de ieșire cu scop general, RCX 142 are maximum 4 panouri de expansiune I/O iar RCX 142-T are maximum 2 panouri de expansiune I/O.

Unitatea de regenerare

O unitate de regenerare poate fi necesară in funcție de tipul robotului.

1-Afișaj (ecran cu cristale lichide) Acesta este un ecran cu cristale lichide (LCD) cu 40 caractere × 8 linii, care prezintă diferite tipuri de informații. Contrastul ecranului este reglabil.

2-Utilizarea acestei taste este pentru a opera programe robot sau edita. Scurtaturile sunt grupate în trei tipuri principale: taste funcționale, taste de control și taste de date.

3-Buton oprire de urgența Apăsând acest buton în timpul funcționării se oprește imediat funcționarea robotului. Acesta este un B-contact de comutator tip (normal închis).

4. Conector MPB. Este folosit pentru a conecta MPB la controlerul robotului.

5-Butonul SUPERIOR

Acest buton are aceeași funcție ca tasta de scurtatura sus

6 Butonul INFERIOR

Acest buton are aceeași funcție ca tasta de scurtatura jos

Timpul contrastului ajustat lcd (parte a MPB). Aceasta regleaza contrastul ecranului cu cristale lichide. Revenind la dreapta creste precizia caracterelor afișate

2.5. Problema cinematică inversă a poziției

Pentru a se putea realiza comanda brațului robotului de tip SCARA este necesar a se determina poziția punctului caracteristic din sistemul de coordonate al spațiului de lucru în sistemul de coordonate al robotului. De aceea se va folosi problema cinematică inversă a poziției.

Pentru verificare se va folosi problema cinematică directă.

Problema inversa geometrica pentru o traiectorie

Reluare problema inversa

L1=0.125 L2=0.125 H1=0.203 H2=0.465 H3=0.45

H=H1+H2+H3

Pozitia in sistem local rn a=0.15 c=0.145

Versorul dreptei

Gabaritul

Fie nc numarul de segmente de discretizare

Parametrul i de parcurgere a traiectoriei

Traiectoria

Verificarea gabaritului

Orientarea

Reprezentarea variatiei coordonatelor robot pe traiectorie sunt redate in figurile( )

Verificare

Se verifica

Cinematica

Viteza lui M pe traiectorie de tipul trapezoidal

Pentru El 4

Verificare:

Capitolul 3

3.1Dispozitive de prehensiune – caracteristici și modele funcționale

Dispozitivele de apucare (DA) reprezintă veriga finală din alcătuirea unui robot industrial, a manipulatoarelor și a altor dispozitive automate, realizand ca funcție principală apucarea (prinderea) obiectului de lucru (OL), menținerea acestuia fără pierderea orientării relative în timpul transportului și desprinderea la sfârșitul ciclului.

După modul în care acționează asupra obiectului, dispozitivele de apucare pot fi cu clește, cu degete, cu vid, cu elemente elastice și electromagnetice. În raport cu tipul și dimensiunile obiectelor de lucru aceste dispozitive sunt speciale (utilizate pentru obiecte de aceeași formă și marime),specializate (pentru obiecte de aceeași formă și dimensiuni diferite), universale (pentru obiecte de formă și dimensiuni diferite, ce variază într-un câmp limitat) și flexibile (folosite pentru obiecte având formă și dimensiuni diferite). Toate aceste variante pot fi prevăzute cu senzori de forță.

Funcțiile și cerințele impuse DA vor conduce la o construcție ce va trebui adaptată OL, cât și tipului și destinației concrete impuse de RI. Obiectele de lucru pot fi semifabricate, piese și subansamble, scule de uz general în cazul manipulatoarelor din „camerele fierbinți“ din uzinele nucleare, scule de așchiere în cazul centrelor de prelucrare, alte obiecte și subansamble specifice RI.

Funcția de prindere este, în general, asigurată prin efect mecanic, fiind însă utilizate și DA cu prindere cu vacuum, cu magneți sau electromagneți. DA mecanice, la care forța de strângere este aplicată OL cu ajutorul unor degete, denumite și Maini Mecanice (MM), se bucură de cea mai largă răspândire, date fiind avantajele pe care le prezintă: siguranță, bună centrare, posibilitatea manipulării sarcinilor mari, funcționarea în medii agresive.

Forma, dimensiunile și masa OL, cât și proprietățile sale mecanice determină, de asemenea, construcția DA.

În ceea ce privește forma OL, cele mai răspândite sunt piesele cilindrice și cele prismatice, deși se pot ivi aplicații din cele mai diferite, cum ar fi, de exemplu DA utilizat pentru asamblarea lanțurilor.

Prinderea prin efect mecanic se asigură în marea majoritate a cazurilor prin formă și forță (forțe de strângere și frecare), prinderea numai prin formă (de exemplu cu ajutorul cârligelor), nefiind specifică RI.

Forța de strângere este realizată prin dispozitivul propriu de acționare al DA, situațiile în care strângerea provine din greutatea proprie a OL sunt, de asemenea nespecifice RI.

DA mecanice, la care forța de strângere este aplicată OL cu ajutorul unor degete, denumite și mâini mecanice(MM), se bucură de cea mai largă răspândire, date fiind avantajele ce le prezintă: siguranță, bună centrare, posibilitatea manipulării sarcinilor mari, funcționarea în medii agresive.

Cele mai răspândite MM de uz general sunt construcții cu două degete, fiind însă utilizate și MM cu trei degete, în cazul unor cerințe strânse privind precizia  prinderii sau a manipulării sarcinilor mari.

Asigurarea flexibilității MM, la diferite dimensiuni și forme  ale OL, se poate face prin reglarea bacurilor sau schimbarea lor, existând și posibilitatea utilizării unor bacuri cu suprafața de prindere adaptabilă formei OL. Un înalt grad de flexibilitate se poate obține prin utilizarea MM la care degetele rigide portbac sunt înlocuite cu degete deformabile executate din elemente elastice sau din segmente articulate.

Mâini mecanice cu mecanisme uzuale • • Cel mai folosit tip de motor de acționare al MM este cilindrul: pentru RI cu acționare electrică și pneumatică- cilindrul pneumativ; pentru RI cu acționare ghidraulică- cilindrul hidraulic. • Mecanismele MM vor trebui să transforme mișcarea rectilinie a pistonului cilindrului în rotația degetului. MM având 2 degete se vor folosi 2 mecanisme dispuse simetric față de axa MM, pornind de la același cilindru. • Mecanismele cele mai utilizate pentru MM cu două degete sunt: • cu mecanism bielă-manivelă; • cu mecanism cu camă; • cu mecanism derivat din cel cu culisă oscilantă.

În fig.3.1 sunt redate schematic câteva aplicații ale mecanismului cu camă cu mișcare rectilinie la realizarea MM.

Fig 3. 1

-Acest tip de MM are următoarele avantaje: simplitate, robustețe și o caracteristică cu valori.

-În fig. 3.2 este prezentată o MM la care profilul camei are două porțiuni rectilinii p1 și p2 cu înclinări diferite > . Porțiunea p1 servește strângerii OL, iar porțiunea p2 – deschiderii și închiderii fără sarcină. Se pot obține, astfel, deschideri mari fără creșterea gabaritului axial al MM.

Fig 3.2

Acest tip de MM (fig3.2) asigură valori mari pentru funcția H, dar o variație relativ mare pe domeniu. Se utilizează pentru OL grele cu o variație mică a dimensiunilor OL. Pentru calculul cinetostatic se face, inițial, echilibrul elementului.

Prezentarea dispozitivului de prehensiune adoptat

Secțioanarea dispozitivului de prehensiune

1-cilindru CDQ2WA20

2-capac cilindru

3 inel O 1 capac

4 inel O 2 capac

5 inel reazem N

6 circlip DIN 472-22 X 1

7 corp MM N

8 Bolt

9 DIN 976-1—M6 X 20 A

10 hexagon Nut ISO-4034-M6

11 capac MM N

12 ISO 2009 –M5X12

13 hexagon Nut ISO -4033-M5-W-N

14 ISO 4026-M5 X 20

15 Piston N

16 Inel ghidare piston N

17 Inel O piston N

18 tija actionare

19 parghie

20 deget

21 bac MM N

ISO 4762 M4 X 12

Memoriul calculelor de proiectare

În fig. 1 este reprezentat mecanismul mâinii (MM). Bacul 1 este fixat de degetul 2. Deplasarea degetului este realizată prin pârghia 4, acționată de culisa 3 solidară cu pistonul cilindrului pneumatic 5.

Fig.1

MM lucrează pentru un diametru nominal: D0 = 19 mm, față de care permite variațiile:

, unde: = 16 mm. Deci gama de de diametre manipulate: Dmax = D0 + = 27 mm și

Dmin = D0 – =11 mm.

În calculele ce vor urma se va considera valoarea curentă a diametrului, ca parametru. Exprimând diametrul funcție de unghiul α al pârghiei, se poate scrie:

De aici, se poate exprima α funcție de parametrul D:

(1)

Elementele geometrice care sunt cuprinse în calcule au valorile (fig. 1 și fig. 3):

Unele dimensiuni sunt dependente de α și implicit de diametrul D:

(2)

(3)

(4)

Ecuațiile de echilibru cinetostatic pentru elementul bac-deget 2 sunt:

Ecuațiile echilibru de forțe:

(5)

(6)

(7)

Prin introducerea condițiilor de frecare:

Relațiile (5) … (7) devin:

(8)

(9)

(10)

Din sistemul de ecuații de mai sus se poate determina dependența:

Se poate introduce și raportul: X1 = N3 / Q, care exprimat prin parametrul D, devine:

(11)

Variația valorilor pentru X1(D) este redată în fig. 2.

Fig. 2

Echilibrul pârghiei este redat în fig. 3. Ecuația de echilibru de momente față de articulația din O este:

Cuplul de frecare din articulație, cu reacțiunea PO:

Fig. 3

După înlocuierea forțele de frecare, din relațiile de mai sus se poate deduce o ecuație pentru calculul raportului X2 = N4/N3:

Ecuația de mai sus se rezolvă prin calcul simbolic în Mathcad. Mai jos este dată funcția X2(D), după ce au fost neglijați termenii în μ3, μ4,… :

(12)

Variația lui X2(D) este redată în fig. 4.

Se poate calcula funcția forței de strângere a MM:

(13)

Fc fiind forța dezvoltată de cilindru iar Q – forța de strângere. Forța din cilindru asigură trei mecanisme cu pârghie, adică:

Fig. 4

Utilizând rapoartele X1 și X2 se poate exprima funcția forței de strîngere:

(14)

Variația acsteia este trasată în fig. 5.

Fig. 5

Dimensionarea cilindrului pneumatic de acționare

MM trebuie să asigure reținerea piesei cindrice cu Dmax = 27 mm și cu lungimea lmax = 1,5 . Dmax = 40,5 mm. Presupunând că materialul este oțel cu ρp = 7,85 . 10-6 Kg/mm3 se calculează greutatea piesei:

Forța de strângere necesară se deduce din:

Au fost considerate: coeficientul de siguranță la alunecare: kal = 1,5 și coeficientul de frecare între bac și piesă: .

Din (13) și (14) se calculează forța necesară a cilindrului:

34,36 N

Pentru predimensionare se utilizează relația:

S-au adoptat: presiunea p =4 N/mm2; randamentul cilndrului ; raportul între diametrul tijei și diametrul pistonului .

Se aleg diametrul cilindrului și diametrul tijei Dt = 10 mm.

Ca elemente de etanșare se adoptă inele O, care au lățimile: pentru cilindru bc = 2,5 mm și pentru tijă bt = 2 mm. Se consideră coeficientul de frecare .

Se poate calcula forța efectivă dezvoltată de cilindru:

Se constată verificarea: 34,36 N

Capitolul IV

Fișa tehnologică

4.1 Alegerea materialului

În prima etapă a proiectării procesului tehnologic se stabilește rolul funcțional al piesei, care ne arată și proprietățile pe care trebuie să le îndeplinească piesa respectivă. După ce s-a determinat rolul funcțional, în continuare se alege materialul optim ce va fi folosit la obținerea piesei. O alegere optimă a unui material pentru o anumită destinație este o problemă foarte complexă, ce trebuie rezolvată de inginerul proiectant.

Proprietățile unui material trebuie considerate ca o sumă de relații între material și mediul înconjurător în care va lucra.

Pentru o alegere rapidă a materialului se pleacă de la câteva date referitoare la :

Solicitările din timpul exploatării;

Condițiile de exploatare;

Clasa din care face parte piesa;

Condițiile de execuție.

Materialul piesei „Tija adaptor” este OLC 45, care este un oțel pentru tratamente termice, de rezistență ridicată și tenacitate medie, cum ar fi: discuri, arbori, biele, coroane dințate, piese supuse la uzură axe, șuruburi, piulițe) și pieselor fără rezistență mare în miez. Acest oțel se mai numește și oțel carbon de calitate, pentru că are un grad ridicat de puritate și o compoziție chimică fixată în limite strânse, asigurând o constanță a caracteristicilor de calitate obținute prin tratamente termice (de îmbunătățire – călire și revenire). Notarea mărcilor de oțel de uz general se face prin simbolul OLC (oțel carbon de calitate) urmat de două cifre care reprezintă în sutimi de procente, conținutul mediu de carbon (astfel, OLC 45 are conținutul mediu de carbon 0,45 %).

4.2 CARACTERISTICI ALE MATERIALULUI

Simbolizarea oțelului dupa STAS cum ar fi oțeluri carbon și oțeluri carbon superioare pentru tratament termic, destinate construcției de mașini .(STAS 880-79)

OLC 45 STAS 880-79= oțeluri carbon de calitate cu un conținut de 0.42-0.50% C

Domeniul de utilitate al oțelurilor carbon de calitate (STAS 880-79)

OLC45:-Utilizat pentru piese de rezistență mare și tenacitate medie în stare normalizată (uneori cu revenire înaltă) îmbunătațită sau cu călire superficial: (discuri de turbine, arbori cotiți, biele, roți cu clichét , etc.)

normalizat și îmbunătățit înlocuiește OLC60.

se sudează greu la forjă.

Compoziția chimică a oțelurilor carbon de calitate și oțeluri carbon superioare pentru tratament termic destinate construcției de masini

(STAS 880-79)

Caracteristicile mecanice ale oțelurilor de calitate și oțeluri carbon superioare

pentru construcția de mașini

(STAS 880-79)

Caracteristicile mecanice ale oțelurilor de calitate și oțeluri carbon superioare pentru construcția de mașini în funcție de grosime a≤9

(STAS 880-79)

Abateri limită pentru oțel rotund calibrat

(STAS 1800-80):

Temperatura de tratament termic pentru oțelurile carbon și oțeluri carbon superioare pentru tratament termic , destinate construcției de mașini

(STAS 880-79)

Caracteristicile mărcilor de oțeluri carbon și oțeluri carbon de calitate pentru tratament termic , destinate construcțiilor de mașini , după diferite standarde.

Culorile de marcare ale oțelurilor carbon și oțelurilor carbon superioare pentru tratament termic destinate construcțiilor de mașini

(STAS 880-79)

4.3 ALEGEREA SEMIFABRICATULUI

Se va folosi metoda electre pentru determinarea semifabricatului si ca variante de semifabricat de la care se poate porni procesul tehnologic se propun:

V1 = bara laminată la cald

V2= bara calibrată trasă la rece

V3=semifabricat matrițat la cald ,în matriță închisă.

Criteriile după care se studiază variantele sunt:

C1=materialul, forma și dimensiunile piesei;

C2=criteriul de realizare a condițiilor tehnice(precizie dimensional , rugozitate);

C3= costul sculei cu care se realizează semifabricatul;

C4=producția anuală;

Se alege ca semifabricat : bara calibrată trasă la rece.

4.4 ANALIZA POSIBILITÃȚILOR DE OBȚINERE A CONDIȚIILOR TEHNICE

Fig 4.1 Schema tijei adaptor – dimensiuni

Fig 4.2 Schema tijei adaptor– suprafețe

Operațiile de prelucrare ale piesei sunt următoarele:

Strunjire

Strunjire frontală de finisare;

Tesire exterioara;

Gaura de centruire;

Gaurire ϕ2x4mm (S1’);

Strunjire cilindrică de degrosare (ø16 mm+Ap rectificare cilindrica) x (30 mm;+Ap strunjire)(S4);

Strunjire degajare (10,3+Ap strunjire) x 7,6 x 5mm(s5);

Tesire exterioara 0,5 x 450;

Tesire exterioara 0,5 x 450

Teșire exterioara 0,5 mm x 450;

Debitare la (30 mm+Ap frontala)

Se schimba prinderea

Strunjire

Strunjire frontală de finisare;

Teșire exterioara 0,5 mm x 450;

Gaura de centruire

Gaurire ø4.8x 18mm

Gaurire ø6.5x5mm

Tesire interioara ø10,2 x600

Filetare M6 x 11

Tratament termin-45HRC

Rectificare conica interioara

Rectificare cilindrica exterioara cu prindere intre varfuri ø16 x 30

Debavurare, curățare;

Control final.

BIBLIOGRAFIE

[1] Udrea C., Panaitopol H., Alexandrescu N., Avram M., „Bazele constructive ale roboților industriali”, Editura Univesitară, București, 2006, ISBN 973-749-067-3

[2] www.kuka-robotics.com, 2014

BIBLIOGRAFIE

[1] Udrea C., Panaitopol H., Alexandrescu N., Avram M., „Bazele constructive ale roboților industriali”, Editura Univesitară, București, 2006, ISBN 973-749-067-3

[2] www.kuka-robotics.com, 2014