Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică [617316]

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

3
CUPRINS
CAPITULUL I ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 4
INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 4
REZUMAT ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 5
SUMMARY ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 6
MOTIVAREA ALEGERII TEMEI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 7
CAPI TOLUL II – CONSIDERAȚI GENERALE PRIVIND ROBOȚII INDUSTRIALI ȘI MANIPULATOARELE ………. 8
1. DEFINIȚII, FUNCȚIILE ROBOȚILOR INDUSTRIALI ………………………….. ………………………….. ………………….. 8
2. TIPURI DE ROBOȚI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 12
3. PREZENTAREA ROBOTULUI STAȚIONAR ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 13
4. ROBOTUL ȘI SPAȚIUL SĂU DE LUCRU ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 14
5. ROBOȚI IN SERIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 16
6. ROBOȚI PARALELI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 29
7. SISTEME DE ACȚIONARE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 32
8. TRANSMISII UTILIZATE ÎN ROBOTICA INDUSTRIALĂ ………………………….. ………………………….. ………….. 40
9.PREHENSIUNEA ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 45
CAPITOLUL III – PROIECTAREA DISPOZITIVULUI DE PREHENSIUNE CU ACȚIONARE PNEUMATICĂ …….. 56
1. SCHEMA CINEMATICĂ A DISPOZITIVULUI DE PREHENSIUNE CU ACȚIONARE PNEUMATICĂ ……………. 56
2. CALCULUL PENTRU DETERMINAREA PRESIUNII MINIME DIN MOTORUL PNEUMATIC …………………… 57
3. MODELAREA TRIDIMENSIONALĂ PREHENSORULUI CU ACȚIONARE PNEUMATICĂ ………………………… 61
4. ANALIZA STATICĂ A STRUCTURII MECANISMULUI DE
PREHENSIUNE UTILIZÂND METODA ELEMENTULUI FINIT ………………………….. ………………………….. ……. 62
5. REALIZAREA INSTALAȚIEI PNEUMATICE DE ACȚIOARE PENTRU COMANDA DE AVANS ȘI RETRAGERE 70
6. PROIECTAREA SCHEMEI ELECTRICE DE COMANDĂ ………………………….. ………………………….. ……………. 71
CAPITOLUL IV – REALIZAREA PRACTICĂ A LUCRĂRII STUDIATE ………………………….. ………………………. 73
CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 77

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

4
CAPITULUL I
INTRODUCERE

Manipulatoarele și roboții industriali reprezintă o direcție aparte în concepția modernă a
dispozitivelor de manipulare, sunt capabile să realizeze o serie de mișcări variate, sub conducerera
unui sistem de comandă. Manipulatoarele și roboții industriali reprezintă module ale sistemelor de
manipulare flexibile adaptabile cu ușurință de la o sarcină de manipulare la alta. Aceste sisteme
reprezintă elemente constructive de bază ale sistemelor flexibile de montaj, datorită în principal
flexibilității funcționale a lor, a calității pe care o au de a efectua o mare varietate de mișcări printr -o
reprogramare corespunzătore.

În aceste condiții se pot evidenția câteva avantaje privind folosirea manipulatoarelor și
roboților industriali în sistemele de fabricație și în speță în sistem ele de montaj, în comparație cu
dispozitivele specializate de manipulare :
-disponibilitate promtă, respe ctiv timp scurt de realizare a sistemelor de manipulare, utilizând
manipulatoare și roboți din stoc disponibili, reutilizabili;
-reducerea duratei de reglaj și punere în funcțiune a unor sisteme noi de manipulare, ca urmare a
condițiilor ușoare de reada ptare la situațiile nou create;
-siguranță în funcționarea sistemelor de manipulare datorită posibilităților de realizare modulator a
roboților industriali și de realizare a acestora în cadrul unei fabricții de serie, din elemente tipizate au
mare fiabilitate .
-posibilități de reprogramare rapidă a ciclului de manipulare.

În paralel cu robotul, manipulatorul are un grad mai redus de mobilitate executând mai puține
operații de manipulare și este greu de reprogramat (funcționează doar în programe fixe).
Din def iniția robotului rezultă și flexibilitatea acestuia :
-programabilitate
-grad de libertate ridicat, eventual modificabile prin constructive modulară.

Roboții sau manipulatoarele pot prelua efectuarea directă a unor operații, în general operații
care nu so licită excesiv structura mecanică a robotului. În aceste cazuri robotul trebuie să prindă
succesiv diferite unelte de lucru (claști de sudură, dispozitiv de nituie, mașini de înșurubat, etc.).
Condiția de flexibilitate este net în favoarea roboților sub as pectul posibilităților lui de de
adaptare la o diversi tate mare de tipuri de ansamble și procese de montaj.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

5
REZUMAT

În lucrarea prezentată este abordată tema studiului si proiectării unui dispozitiv de
prehensiune , ce urmează a fi montat pe robotul KUKA KR6 și folosit in vederea transportării pe o
menghină a unui corp cu dimensiunile de 100 milimetri lungime, 50 milimetri lățime și 50 înălțime și
greutatea de 30 N.
Lucrarea prezintă in prima parte a acesteia o clasifi care a roboților în funcție de sistemul
mecanic , de tipul acestora , spațiul de lucru , sisteme le ce le acționează și transmisi ile utilizate.
Următorul subiect il reprezintă prehensiunea, format din descrierea acesteia și o clasificarea
a sistemelor de preh ensiune .
Cea mai impotantă parte a lucrării o constituie proiectarea dispozitivului de prehensiune, care
este formată din crearea schemei cinematice pentru a determina dimensiunile dispozitivului, apoi
urmat de determinarea presiunii necesare cu care trebu ie alimentat motorul pneumatic liniar. In cele
din urmă a urmat modelarea tridimensionlă a intregului dispozitiv în programul de proiectare Catia
V5.
Utilizând analiza statică a structurii prin metod a elementului finit , structură realizată din OL
37, au fost determinate deplasările maxime pe care ansamblul le va ”suferi”, tensiunile principale și
echivalente, deformațiile principale și echivalente, analiza la oboseală și determinarea coeficientului
de siguranță.
Pentru realizarea mișcării tijei piston ului, acționat pneumatic, s -a realizat atât schema de
acționare a instalației pneumatic e cât si schema electrică pentru comanda acesteia.
Ultima parte a lucrării o reprezintă o serie de imagini realizate în incinta laboratorului din
interiorul facultății d e inginerie, laborator care este dodat cu robotul pe care a fost montat
prehensorul și efectuarea unei operații de manipulare a piesei de formă paralelipipedică.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

6
SUMMARY

In the presented work is approached theme of study and design at a prehension
device wich will be mounted on the KUKA KR6 robot and used to transport a piece on a vise, whose
dimensions are 100 milimeters long, 50 milimeters width , and 50 milimeters height who is having
50N weight .
The paper pr esents in its first part a classification of the robots according to the
mechanical system, their type, the working space, the systems that operate them and the
transmissions used.
The next topic is represented by the prehension , consisting of its descript ion an d a
classification of prehension systems.
The most imp ortant part of the work is the design of the prehensi on device, which is
formed by the shaping of the prehensor in the 3D design program Catia V5, and after the modeling
of the whole system and the kinematic scheme, the decomposition of the force required to carry out
the process To determine the pressure with which it is necessary to supply the linear pneumatic
motor.

The most important part of the writing is the design of the prehensi on device , which consists
of the creation of the kinematic scheme to determine the dimensions of the device, followed by the
determination of the required pressure with which the linear pneumatic motor must be fed. Finally,
the three -dimensional modeling of the en tire device in the Catia V5 design ing program.

Using the structural static analysis by the finite element method, structure made from OL 37,
the maximum displacements that the assembly will suffer, the main and equivalent stresses, the
principal and equi valent deformations, the fatigue analysis and the determination of the safety
coefficient were determined.

In order to achieve the movement of the piston rod, pneumatically actuated, both the
pneumatic control circuit diagram and the electric circuit for its operation were realized.

The last part of the writing is a series of pictures tak en inside the Faculty of Engineering
laboratory , a laboratory that is supplied with the robot on which the prehensor was mounted adn
performing a manipulation of the para llelepiped shape piece .

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

7
MOTIVAREA ALEGERII TEMEI

Tema aleasă se intitulează ” Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiu ne cu acționare
pneumatică ” și este rezultatul unei provocări, provocare impusă de mine incă dinaintea inceperii
cursurilor la această facultate , atunci când într -o zi a porților de deschise ne -a fost permis să facem o
vizită cu clasa de liceu, vizită in care ne -a fost prezentată o scurtă demonstrație a manipulării
roboților industriali .
Faptul care m -a determiant să aleg această temă îl constituie dorința mea de cunoaștere și
informare asupra dispoz itivelor actuale de prehensiune și de aplicare a cunoștințelor teoretice la un
nivel practic.
În cadrul acestei lucrări, am abordat studiul atât a dispozitivelor de prehensiune, cât și a
roboților industriali prin descrierea generală și funcțională a acestora precum și prin realizarea
practică a unui proiect cu privire la tema aleasă.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

8
CAPITOLUL II – CONSIDERAȚI GENERALE PRIVIND ROBOȚII INDUSTRIALI ȘI
MANIPULATOARELE
1. DEFINIȚII, FUNCȚIILE ROBOȚILOR INDUSTRIAL I

Robotul este un sistem automatizat de înalt nivel al cărui principal rol este manipularea pieselor
și uneltelor, înlocuind acțiunea umană.

Principalele aplicații în care utilizarea roboților industriali are avantaje sunt:
 încărcarea și descărcarea mașinilor unelte cu comandă numerică;
 operații de ansamblare;
 sudură prin puncte sau pe contur;
 vopsire;
 turnarea în forme a pieselor mari;
 controlul calității;
 manipularea substanțelor toxice, radioactive;

Robotul industrial este definit în present ca un manipulator tridim ensional, multifuncțional,
reprogramabil, capabil să deplaseze materiale, piese, unelte sau aparate special e după traiectorii
programate, în scopul efectuării unor operații diversificate de fabricație.

Importanța acordată roboticii, domeniile de activitate semnificative sunt prezentate în figura
1.1:

Fig.1. Repartiția roboților industriali pe domenii de activitate;
Sursa: https://www.scribd.com/search?page=1&content_type=tops&query=roboti%20industriali%202008

 Roboții mobile (independent) utilizați din ce în ce mai mult în diverse aplicații pentru a
îndeplini sarcini complexe în spații sau medii în care accesul omului este dificil sau
imposibil: mediul marin la adâncimi foarte mari, inspecția anumitor instalații din industria
chimică sau nucleară.
 Nanoroboți , în medicină pentru microoperații.

Manipulatorul este un sistem mecanic automat a cărui comanda se bazează pe sisteme rigide care
presupun o intervenție în structura fizică a sistemului de programare pentru modificarea c iclului de

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

9
funcționare. Robotul i ndustrial presupune un sistem flexibil de comandă la care programul se poate
modifica fără intervenție asupra structurii sale fizice .

În ultimul timp se urmărește revizuirea generală a definiție robotului prin implicarea noțiunii de
sarcină. Această noțiune complexă vizează includerea în definiția roboților inteligenți capabili de a
recunoaște mediul și de a reacționa la schimbările intervenite în acesta datorită dotării lor cu
percepțiae senzorială, inteligență artificial ă și efectoare terminale adecvate îndeplinirii unor sarcini
complexe, capabil să reacționeze corespunzător la schimbările din mediu.

Fig.2 Sistemele robotului
Sursa: Dorin Telea, Bazele roboților industriali,Ed. Universității L. Blaga 2014

Operatorul uman – are funcția de control, supraveghere și decizie având posibilitatea de a
introduce informația necesară funcționării robotului având în permanență posibilitatea modificării
acesteia.

Sistemul de comandă și control – preia informația introdusă de operatorul uman. Informațiile
rezultate sunt transmise sub formă de semnal de comandă către sistemul energetic.

Sistemul energetic – reprezintă sursa de energie și asigură fluxurile energetice necesare
funcționării celorlalte sisteme ale robotului.Natura acestor sisteme poate fi mecanică, electrică,
hidraulică, pneumatică sau combinații ale acestora. Fluxurile energetice sunt dirijate spre sistemele
mecanice ce au rolul de a asigura loc omoția în cazul roboților mobil i respectiv manipularea
obiectelor în c azul roboților staționari. În cazul roboților mobili ce au pe lângă funcția de locomoție
și funcții de manipulare sistemul energetic dirijează fluxuri energetice de aceeași natură sau natură
diferită spre cele două sisteme mecanice de acționare.

Sistemul mecanic – sistem complex, alcătuit din sisteme ce asigură manipularea și/sau
locomotia respectiv prehensarea si/sau contactul cu suprafața de sprijin.

Sistemul mecanic de locomoție – specific roboților mobili, asigură poziționarea și orientarea
corpului r obotului în raport cu suprafața de susținere în vederea deplasării întregului ansamblu.
Sistemele de contact pot fi: roți, șenile sau combinații.

Sistemul mecanic de manipulare – asigură poziționarea și orientarea efectorului terminal în
raport cu un sist em de referință considerat fix.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

10
Efectorul terminal poate fi: dispozitiv, unealtă specializată, prehensor, etc.

Senzori interoceptori – aparțin sistemului de măsură și control cu rolul de a stabili starea
internă de funcționare a robotului descrisă de par ametrii cinematici și dinamici ai mișcării; sunt
traductori de deplasare, forță, presiune, temperatură, etc.

Senzori exteroceptori – sunt sisteme senzoriale complexe destinate sesizării mediului exterior.
Sunt specifice roboților avansați și inteligenți c apabil să interacționeze cu mediul ambiant pentru
îndeplinirea optimă a sarcinii. Acești senzori sunt de tip vizual, tactil, sonor, de proximitate, de
radiație, etc.

Destinat înlocuirii omului în procesul de producție robotul trebuie să fie capabil, în pr imul
rând, de a efectua mișcările specifice locului de muncă așa cum rezultă ele din comportamentul
omului în timpul lucrului. Funcțiile robotului, așa cum reies din analiza funcțiilor corespunzătoare
operatorului uman, sunt redate în figura următoare:

Fig.3 Funcțiile robotului
Sursa: Dorin Telea, Bazele roboților industriali,Ed. Universității L. Blaga 2014

Funcțiile cinematice ale robotului sunt funcția de ghidare și de prehensare în cazul
manipulatoarelor, respectiv ghidare și contact în cazul pedipulatoarelor. Dacă în cazul
manipulatoarelor ghidarea se referă la poziționarea și orientarea obiectului ce urmează a fi manipulat,

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

11
în cazul pedipulatoarelor respectiv repoziționarea și orientarea corpului robotului în raport cu
suprafața de susținere.

Prehensiunea trebuie să asigur e realizarea contactului între robotul ce efectuează manipularea
și obiectul manipulat precum și menținerea acestuia.

Funcțiile complementare de comandă și control sunt funcții importante pentru asigurarea
indeplinirii automate a funcțiilor cinematice. În cazul roboților avansați acestea corespund unor
complexe de funcții în care reglarea, învățarea, măsurarea și recunoașterea sunt corelate asigurând
"dialogul" între robot și mediu. Pentru roboții actuali evoluați, între funcțiile complementare sunt
integrate și funcții de percepție a mediului exterior, comunicare cu operatorul uman sau cu alți
roboți, de decizie, etc.

Diversitatea clasificărilor întâlnite în literataratura de specialitate poate rivaliza cu
diversitatea definițiilor roboților. Diversele clasificări propusă utilități specifice punând în evidență
prin criteriul (sau criteriile adaptate), anumite aspecte legate de construcția și funcționarea roboților.
Ele sunt cu atât mai eficiente cu cât cuprinde un număr mai mare de tipuri de roboți. Încercări de
clasificare a roboților în funcție de diverse criterii se găsesc în marea majoritate a lucrărilor
constatate roboților.

Concluzii:
Denumirea de roboți aplica unei familii mai largi, din care fac parte:

 manipulatorul;
 instalația de teleoperare;
 proteze / orteze;
 manipulatoare medicale;
 exoschelete amplificatoare;
 mașini pășitoare;
 mașini târâtoare;

Roboți i industriali utilizați în momentul de față prezintă soluții constructive și conceptuale
neunitare datorită, în special, diversității sarcinilor cerute, parametrilor tehnici împuși si aplicațiilor
specifice pentru care au fost proiectați. Cu toate acestea, aparentă neunitate, robotul prin structura sa
mecanică poate fi considerat ca un sistem omogen format din elemente cu funcții bine precizate care
asigură interacțiunea nemijlocită între robot și obiectul acțiunii sale din spațiul de operare.

Robotul inter acționează cu mediul înconjurător prin intermediul structurii mecanice, acesta
asigurandu -i deplasarea, poziționarea și orientarea efectorului final. Principalele componente ale
structurii mecanice sunt: elementul efector/ efector terminat, bratu l/ structu ra de ghidare si baza
robotului structura de ghidare.

Elementul efector/ efector terminal denumit uneori: element de prehensiune/ mâna mecanică sau
efector terminal asigură contactul direct, nemijlocit dintre roboț și obiectul din spațiu de operare
asupra căreuia acționează. Aceste efector diferă constructiv după gama aplicațiilor și după natura
funcției realizate. Astfel, elementele efectoare utilizate diferă în funcție de operații/ utilizări.

Un astfel de element cuprinde:
 Corp propriu -zis, cu o structura mecanică adecvată funcției realizate;
 Unul sau mai multe dispozitive de acționare ;

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

12
 Unul sau mai mulți senzori pentru determinarea regimurilor critice ale operației realizate ;

Trebuie remarcat faptul ca solutiile constructive a adoptate tind spre realizarea fie a unui
element multifuncțional cu o gamă largă de aplicații, fie spre un element efector monofuncțional cu o
destinație precisă.

Brațul robotului/ structura de ghidare servește pentru poziționarea corectă a elementului
efector. În acest scop, brațul reprezintă o structura mecanică cu o geometrie variabilă obținută prin
legarea în cascadă unor segmente conectate prin articulații de rotație sau translație.Sistemele de
acționare corespunzătoare asigură mișcările independente ale fiecărui segment în raport cu segmentul
precedent.Aceste mișcă ri sunt în general restricționate de anumite caracteristici ale arhitecturii
mecanice.

2. TIPURI DE ROBOȚI

Roboții în funcțiune astăzi prezintă o mare diversitate de tipuri, reflectate și de numeroasele
clasificări propuse în literatura consacrată roboticii. Se pot identifica totuși două categorii generale
de roboți – staționari și respectiv mobili.

Fig. 4 Tipuri de roboți
Sursa: Dorin Telea, Stefan Barbu, Roboți Structura – Cinematică – Organologie,Ed. Universității L. Blaga 2011
 Roboții staționari – sunt roboții al căror elemente de bază nu -și schimbă poziția față de suprafața
de susținere.
În anumite cazuri această structură de manipulare poate fi deplas ată într -un spațiu limitat prin
intermediul unor sisteme de poziționare "grosieră", spre exempl u în situația când același robot
servește mai multe unități de prelucrare din cadrul aceleiași celule flexibile de fabricație.
Această categorie de roboți prezintă o structură destinate manipulării similară structurii
membrului superior uman. Roboți Staționari Serie
Paraleli
Micști
Mobili Pe roți, șenile
etc.
Pe
pedipulatoare

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

13

 Roboții mobili – sunt roboți i a căror structură se poate deplasa față de suprafața de susținere
îndeplinind în acest fel funcția de transfer. În această categorie sunt cuprinse și "robocarele" ce
servesc mai multe unități de prelucrare din cadrul unui sistem flexi bil de fabricație.
Din punct de vedere structural roboții staționari pot fi de tip serie, paraleli sau micști, iar cei
mobili pot fi pe roți, șenile etc, respectiv pedipularoare.
Oricare ar fi tipul de robot sarcina sa poate fi descrisă în termen i de mobil itate a structurii sale
mecanice. Mobilitatea structurii mecanice sau gradul de mobilitate al mecanismului pe baza căruia
este construit robotul poate fi definit ca numărul parametrilor cinematici independenți necesar pentru
a determina pozițiile și implic it mișcările pentru toate elementele cinematice. Acest număr exprimă,
în același timp, numărul de mișcări exterioare independente și implicit numărul forțelor exterioare
dependente ale mecanismului.

Pentru calculul numărului gradelor de mobilitat e au fost propuse în teoria m ecanismelor mai
multe formule . Alegerea formulei utilizate în calculul mobilității trebuie să țină seama de tipul
mecanismului: plan sau spațial, simplu sau compus. Pentru mecanismele plane și/sau spațiale simple
formula de cal cul are expresia:
M = x ∑
∑

(1)
în care:

x-reprezintă dimensiunea spațiului cinematic asociat mecanismului:
x= 3 mecanism plan; x= 6 mecanism spațial.
N-numărul elementelor cinematice ale mecanismului;
-gradul de mobilitate(numărul mișcărilor independente) ale cuplei "i" din mecanism;
– gradul de restrictiv itate(numărul mișcărilor suprimate) ale cuplei "i" din mecanism.
3. PREZENTAREA ROBOTULUI STAȚIONAR

Robotul din Fig. 5 reprezintă un robot staționar de tip “brat articulat “, acest tip de robot
industrial are ca mecanism generator de traiectorie un lanț cinematic deschis compus din cuple
cinematice de rotație.

Brațul robotului este folosit pentru mișcarea unui efector. El este componenta esențială a u nui
robot industrial. Brațul robotului este constituit din piese mecanice indivituale conectate între ele cu
ajutorul unor articulații. Brațul poate avea mai multe articulații liniare și/sau de rotație. La orice
robot primele 3 articulații se numesc artic ulații principale. Un robot poate avea și alte articulații,
până la 5 sau 6. Numărul de articulații este egal cu numărul de grade de libertate ale robotului.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

14

Fig.5 Robotul industrial
Sursa: https://www.scribd.com/document/96016236/Sisteme -de-Prehensiune -Si-Complianta -l2

Pentru robotul din figura s -au exemplificat urmatoarele componente:

 bază;
 structură purtătoare ;
 articulația pumnului ;
 efector;
 elementcuplor ;
 axă.

Aceștia au o mare suplețe care permite accesul în orice punct al spațiului de lucru.
Dezavantajul sãu principal îl constituie rigiditatea sa redusã.
[1]
4. ROBOTUL ȘI SPAȚ IUL S ĂU DE LUCRU

Spațiul de lucru al manipulatorului sau robotului este dat de volumul în care este posibil să se
găsească elementele structurii mecanice. Acesta definește acele puncte din spațiu în care robotul
poate ajunge cu effectorul prin poziționare cu o anumită dire cție de orientare a efectorului. Spațiul de
lucru util este volumul maxim, descris de totalitatea mișcărilor robotului, în care se poate găsi
efectorul în timpul funcționării conform figurii :

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

15

Fig.6 Spațiul de lucru al robotului
Sursa: https://www.scribd.com/doc/190730139/Curs -Roboti -Industriali

Numărul gradelor de libertate este dat de numărul maximal deplasărilor posibile ale
efectorului fără a include mișcarea de prehensiune.

Sarcina utilă reprezintă masa maxima pe care o poate manipula dispozitivul de prehensiune
al robotului (valori uzuale în gama 0,5…20Kg).

Performanțele constructive și de comandă ale aceleiași clase ale roboților pot diferi destul de
mult, în funcție de producător, dacă sunt comparați parametrii tehnici. De aceea de multe ori sunt
preferați următorii parametri globali de analiză:

 parametrul privind suplețea și eficiența intervenției în spatial de lucru:

[ ]
(2)

Unde :
V- este volumul spațiului de lucru;
G– greutatea robotu lui în condiții de funcționare.

 parametrul capacității gravitaționale specific de manipulare:

(3)
Unde :

– reprezintă greutatea obiectului manipulat.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

16
 parametrul de apreciere globală a calităților tehnice:

[ ]
(4)

Unde :
– reprezintă precizia static de poziționare.

Pentru valori mari ale parametrului global se apreciază că pe ansamblu, robotul
industrialanalizat îndeplinește într-un grad mai înalt standardele de performanță.

5. ROBOȚI IN SERI E

“Roboț ii serie sunt din punct de vedere arhitectural structuri de bare articulate prin cuple de
translatie și/ sau rotație. Prin însăși natura lor au o similaritate mare cu membrele umane.
Poziționarea și orientarea sistemului de referință legat de efectorul ter minal serializarea prin mișcări
relative ale elementelor, de rotație, translație sau combinatii ale acestora.

Pentru reprezentarea matematică a poziției efectorului terminal în raport cu sistemul de
referință fix se pot utiliza diverse sisteme de coordonate. Lanțurile cinematice corespondente de
poziționare sunt clasificate după tipul de coordonate utilizate const ituind și un criteriu de clasificare
pentru roboții respectivi:

 roboți în coordonate carteziene;
 roboți în coordonate cilindrice;
 roboți în coordonate sferice;
 roboți în coordonate unghiulare.

5.1. ROBOȚI IN COORDONATE CARTEZIENE

Fig. 7 Coordonate Carteziene
Sursa: Dorin Telea, Stefan Barbu, Roboți Structura – Cinematică – Organologie,Ed. Universității L. Blaga 2011

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

17

Matricea ce permite reprezentarea în sistemul de coordonate fix a unui vector ce aparține
sistemului de referință mobil, în coordonate carteziene, corespunde conform figurii următoare unei
translatii de vector ⃑ și are forma:

[ ] [ ] [ ] [ ] [

]
(5)

Descrierea mișcării unui robot al cărui lanț cinematic de poziționare are în competența sa trei
cuple de translație se realizează cel mai ușor în raport cu un sistem de coordonate carteziene. Schema
structural cinematică a unui robot este redată În figura Fig. 9. Realizarea practică a unui robot cu 3
cuple de translație perpendiculare impune existența cel puțin a unui element de legătură între două
cuple consecutive. În Fig. 9 sunt reprezentate sistemele de referință asociate elementelor lanțului
cinematic cu originile considerate în centrele cuplelor precum și parametrii geometrici ai acestuia.

Fig. 8 Parametrii geometrici ai robotului in coordonate carteziene
Sursa: Dorin Telea, Stefan Barbu, Roboți Structura – Cinematică – Organologie,Ed. Universității L. Blaga 2011

Fig.9 Sistemele de referință associate robotului T.T.T (cartezian)
Sursa: Dorin Telea, Stefan Barbu, Roboți Structura – Cinematică – Organologie ,Ed. Universităț ii L. Blaga 2011

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

18
Exemplu de robot in coordonate carteziene:

Fig.10 Robot in coordonate carteziene
Sursa: https://www.scribd.com/document/209834355/Curs -Sistematizarea -Robotilor -Industriali

Spațiul de lucru al unei astfel de robot este de formă paralelipipedică, anvergura acestuia
depinzând dor de limitele mișcărilor din cupele de translație.

Este un spațiu de lucru lipsit de găuri sau vid, arhitectura robotului fiind situată în afara
acestuia. Din aces te motive acesti roboți pot fi adaptați cu ușurință oricărui mediul tehnologic.
Datorită construcției specifice aceste tipuri de roboți nu prezintă poziții critice în spațiul de lucru și
nici alte configurații critice putând fi comandați și controlați prin intermediul unor sistem e relativ
simple .

Fig.1 1 Robot tip portal
Sursa: https://www.scribd.com/document/209834355/Curs -Sistematizarea -Robotilor -Industriali

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

19
Avantaje robotului industial în coordonate carteziene:

 au rigiditate mare, în consecin ță pot manipula obiecte relativ grele, utilizându -se ca robot
industrial “pick and place”, paletizare, înc arcare mașină unealtă, etc.;
 sunt simplu de programat;
 robotul industrial portal ocup a puțin spa țiu la sol, dezvoltându -se pe vertical ,unde în general
într-osecție productiv ăeste mai mult spa țiu liber. În consecin țăaccesul la utilajele pe care
leserve ște este mai pu țin restric ționat;
 eroarea cinematic a de pozi ționare este constant ăîn orice punct al spa țiului de operare,în
consecin țăsunt utiliza ți și ca roboți industriali de m ăsurare ( eroarea cinematica de poziție este
dependent ădoar deprecizia de realizare a valorilor programate a coordonatelor generalizate
ale lanțului cinematic de poziționare ).

Dezavantajele robotului industrial in coordonate carteziene :

 necesit ăun spa țiu de lucru (de func ționare) mare, fenomen deranjant mai ales la roboții
industriali in coordonate carteziene cu baza la sol;
 având suprafe țe relativ mari de ghidare a cuplelor de translație (cupla de translație nu este o
cuplă compact ă) sunt necesare protec ții antip raf, anticorozive.

5.2. ROBOȚI IN COORDONATE CILINDRICE

Coordonatele cilindrice corespund unei translații z după axa O , uneI rotații de unghi în
jurul axei O și a unei translații după axa OX, conform figurii:

Fig. 1 2 Coordonate cilindrice
Sursa: Dorin Telea, Stefan Barbu, Roboți Structura – Cinematică – Organologie ,Ed. Universității L. Blaga 2011

Matricea transformării sistemului de referință in sistemul de referință se obține
ca produs al celor trei operatori :

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

20
[ ] [ ] [ ] [ ] [

] [

]

[

] [

]
(6)

Fig 1 3 Robot in coordonate cilindrice
Sursa: Dorin Telea, Stefan Barbu, Roboți Structura – Cinematică – Organologie ,Ed. Universității L. Blaga 2011

Fig.1 4 Sisteme de referință associate robotului R.T.T. (cilindric)
Sursa: Dorin Telea, Stefan Barbu, Roboți Structura – Cinematică – Organologie ,Ed. Universității L. Blaga 2011

Un robot în coordonate cilindrice are în componența lanțului cinematic the orientare o cuplă
de rotație și două cuple de translatie după cum reiese în figura de mai sus.

Aceast ă structur ă genereaz ă un spa țiu deoperare c ilindric si este ra țional ă pentru posturi de

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

21
lucru plasate în jurul robotului industrial . Cum o astfel de configura ție pentru celule flexibile de
prelucrare are dezavantaje, actualmente roboții industriali in coordonate cilindrice nemodulari cu
funcții de încarcare – descarcare a mașini unelte sunt rari. În plus avân d doua cuple de traslație sunt
necesare protec ții ale ghidajelor.

Uzual sunt ac ționați electric, sau fluidic în cazul celor modulari, s tructura are o rigiditate
mecanic a relativ mare, în general este viabil a pentru manipulatoare modulare de dimensiuni relativ
mici.

Precizia de pozi ționare scade pe direc ție radial ă.

În ipoteza că în cupla de rotație există roatabilitate totală și că axele cuplelor cinematice sunt
respectiv perpendicul are volumul spațiului de lucru al unui robot în coordonate cilindrice corespunde
volumului unui cilindru cu o gaură, fig. 1 4. Gaură spațiului de lucru este ocupată de coloana
robotului și are înălțimea dată de relația:

Raza exterioară a spațiului de lucru se calculează cu relația:

√
(7)

Volumul spațiului de lucru, în condiții ideale, se calculează cu relația:

(8)

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

22
5.3. ROBOTI IN COORDONATE SFERICE

Reprezentarea poziției și orientării unui sistem de referință fix în coordonate polare
corespunde determinării matricii de transfer fig. 1 5.

Fig.1 5 Coordonate sferice
Sursa: Dorin Telea, Stefan Barbu, Roboți Structura – Cinematică – Organologie ,Ed. Universității L. Blaga 2011

Trecerea de la sistemul de referință la sistemul de referință se
realizează printr -o rotație în jurul axei de unghi urmată de o rotație în jurul axei de unghi
și o translație aer în jurul axei :

[ ] [

] [

]

[

]
(9)

În figura următoare este prezentat un robot în coordonate sferice. Acesta are în componența
lanțului cinematic două cuple de rotație și o cuplă de translație, cu axe respectiv perpendiculare. În
cazul acestui robot matricea de transformare a se rezema pe baza figurii 1 8 în care s unt reprezentați,
pe lângă sistemele de coordonate asociat elementelor mecanismului și parametrii geometrici ai
acestuia .

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

23

Fig.16 Robot in coordonate sferice
Sursa: Dorin Telea, Stefan Barbu, Roboți Structura – Cinematică – Organologie ,Ed. Universității L. Blaga 2011

Fig.1 7 Sisteme de referin ță associate robotului RRT (sferic)
Sursa: Dorin Telea, Stefan Barbu, Roboți Structura – Cinematică – Organologie ,Ed. Universității L. Blaga 2011

În cazul roboților în coordonate sferice cu rotabilitate totală în cupel e de rotație, volumul
spațiului de lucru este limitat de două suprafețe sferice concentrice, cu centrul în centrul celei de -a
doua cuplă de rotație. Razele celor două suprafețe sferice sunt :

√
(10)
√
(11)

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

24
Volumul spațiului de lucru se calculează cu relația:

(12)
5.4. ROBOȚI ÎN COORDONATE UNGHIULARE

Deoarece conțin trei cuple de rotație în lanțul cinematic de poziționare acesti roboți au o
pronunțată asemănare structurală cu membrul superior uman motiv pentru care sunt cunoscuți și sub
denumirea de roboți antropomorfi.

Matricea de trecere de la sistemul de referință la sistemul de referință
este o matrice care conține în submatricea de rotație elementele ce descriu orienta rea
sistemului în raport cu sistemul de referință fix iar în submatricea de translație elementele
ce descriu poziți a acestuia. Sub matricea de rotație poate fi construită pe baza unghiurilor lui Euler
sau prin intermediul cosinușilor directori.

Fig. 18 Coordonate unghiulare
Sursa: Dorin Telea, Stefan Barbu, Roboți Structura – Cinematică – Organologie ,Ed. Universității L. Blaga 2011

Matricea de trecere va avea acest caz forma:

[ ] [

]
(13)

În care reprezintă cosinușii unghiurilor diferite dintre fiecare axă a sistemului
fiecare axă a sistemului

i,j 1,2,3 cu următoarea semnificație :

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

25

(14)

iar , , și reprezintă coordonatele originii sistemului de referință în raport cu
sistemul fix.

Fig.19 Robot în coordonate unghiulare
Sursa: Dorin Telea, Stefan Barbu, Roboți Structura – Cinematică – Organologie ,Ed. Universității L. Blaga 2011

Descrierea comportării cinematice a robotului în coordonate unghiulare din figura de mai sus
se reduce la descrierea poziției și a orientării sistemului de referință atașat punctului caracteristic al
robotului în raport cu sistemul de referință fix.

In figura de mai jos sunt reprezentate sistemele de referință atașate lanțului cinematic de
poziționare al robotului precum și parametrii geometrici ai acestu ia. Pe baza acestor elemente se
construiește matricea de trecere de la sistemul de referință fix la sistemul de referință atașat punctului
caracteristic și anume:

[ ] [

] [

]
[

]
[ [ ]
[ ]

]
(15)

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

26

Fig.2 0 Sistemele de referință associate sistemului RRR (antropomorf)
Sursa: Dorin Telea, Stefan Barbu, Roboți Structura – Cinematică – Organologie ,Ed. Universității L. Blaga 2011

Spațiul de lucru generat de robotul antropomorf din fig. 20 are frontieră de forma unei sfere,
cu ce ntrul în cupla mediană, de rază.

(16)

În spațiul de lucru există vid de formă sferică cu raza

(17)

În cazul în care elementele lanțului cinematic poziționare nu aparțin aceluiași plan în spațiul
de lucru există gaură. Atât vidul cât și gaura din spațiul de lucru se suprapun parțial peste structura
mecanică a lanțului de poziționare.

Volumul spațiului de lucru în cazul existenței vidului și în ipoteza rotabilitatii totale a
cuplelor, se calculează cu relația:

(18)

Lanțul cinematic de poziționare al unui robot antropomorf prezintă configurații critice ce
corespund situațiilor în care elementele mecanismului sunt în prelungire sau suprapuse. Acestei
configurații singulare apar atunci când unghiurile dintre elementele mecanismului au valoarea 0 sau
pi rad. Aceste poziții pot fi evitate prin adoptarea unor s oluții constructive ce limitează roatabilitatea
în cuple fie prin utilizarea unor programe de comandă în care să fie incluși algoritmi de evitare a
acestor situații. ”

[2]

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

27
Acesti roboți sunt printre primii la care acțiunea hidraulică a fost înlocuită cu ce electrică. La
acest tip de roboți a fost introdus pentru prima dată sistemul CNC (Computerized Numerical
Control).

Roboții prezentați in figurile următoare sunt destinați operațiilor de vopsire, sudură,
asamblare, montaj, etc. Soluțiile constructive incorporate permit programarea roboților în sistem
"teaching".

Acești roboți au acțiune electrică și pot fi programabili în sistem "teaching" având destinație
universală. Această soluție constructivă permite obținerea unor precizii ridicate de poziționare
datorită faptului că sistemul de acționare funcționează în mod similar mușchilor ce acționează
membrele umane, asigurând oricărei acțiuni o contraacțiune compensatoare.

Fig. 21 Robot KUKA
Sursa: www.google.ro

Fig.22 Robot COMAU
Sursa: www. google.ro

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

28

Fig.2 3 Robo t ABB
Sursa: www. google.ro

Avantaje:

 Datorit ă utiliz ării doar a policuplelor de rotație, care sunt compacte, roboții industriali in
coordonate unghiulare care au un lanț cinematic simplu deschis sunt zvel ți, deci spa țiul de
funcționare este mai mic decât la alte tipuri;
 roboții industriali in coordonate unghiulare au un spa țiu de operare aproximativ sferic, relativ
mare comparativ cu dimensiunea robotului;
 exist a posibilitatea echilibr ării bra țului robot, fap t ce îmbun atățeste propriet ațiledinamice ale
robotului industrial;
 cvasimajoritatea lor sunt ac ționați electric prin servomotoare cu current continu;
 roboții industriali in coordonate unghiulare sunt roboți industriali universali utiliza ți în
manipularea m aterialelor, paletiz ari-depaletiz ari, înc arcare -descarcare mașini unelte, utilaje,
sudur ă în puncte, cu arc, cu laser, vopsiri prin pulverizare, aplic ări de adezivi, inspec ție, etc.

Dezavantaje

 precizia cinematic a de pozi ționare este dependent ă de pozi ția punctului caracteristic în
spațiul de operare.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

29
6. ROBOȚI PARALELI

Denumirea de robot paralel provine de la structura mecanismului de ghidare format dintr -o
platformă fixa (baza), una mobil ă pe care se monteaz ăefectorul terminal si un numar oarecare
(minimum dou ă) de lan țuri cinematiceindependente, identice, care lucreaza în paralel , ale caror
extremit ăți se afla pe cele dou ă platforme (fig. 24).

Fig.2 4 Schema robotului industrial parallel de tip DELTA
Sursa: https://www.scribd.com/document/209834355/Curs -Sistematizarea -Robotilor -Industriali

Roboții paraleli aplica ți industrial au în general mobilitatea 4 (realizeaz ă doar pozi ționare
complet ă (3 grade de mobilitate) si un grad de mobilitate pentru orientare), sau 6 (pozi ționare si
orientare complete).

Spațiul de operare a roboților paraleli are o forma care depinde de gradul de mobilitate al
mecanismului complex închis, având în general alura unei calote sferice si practi ce cilindric cu
înalțime mică.

O structură de succes din prima categorie (4 grade demobilitate), care sta la baza mai multor
roboților industiali comerciali este robotul industrial paralel DELTA .

Acest robot industrial utilizează ca lanț cinematic de legatură între platforme un lanț articulat
monomobil. Pentru acționare se folosesc motoreductoarele 3.Cele trei mecanisme de legatura pot
realiza doar pozițonarea platformei 8. Pentru rotirea axialț a efectorului 9, s -a mai ata șat lanțul
cinematic telescopic 14, acționat de motoreductorul 11 .

Platformele Stewart au o construcție principial asemanatoare având în componență 6
motomecanisme de legatură care pot conține si motocuple T.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

30
Avantaje:

 Având la baza mecanisme spa țiale închise au o rigiditate apreciabil ă, mult mai mare decât
roboții industriali seriali (care au ca lanț cinematic de ghidare un lanț cinematic simplu
deschis).
 Erorile cinematice de ghidare nu se cumuleaza ca la roboții industriali seriali ci eroarea total a
esteo medie a acestora. În consecin țăroboții industriali pareleli au o precizie de repetabilitate
relativ mare .
 Au o frecven ță natural a înaltă.
 Dacă motoarele se plaseaza pe platforma fix ă, masele în miscare sunt mici si calita țile
dinamice vor fi foarte bune, în consecin ță se pot lucra cu accelera ții mari .

Dezavantaje :

 Baza (platforma fix ă) ocup ă în general o suprafa țărelativ mare . Daca robotul industrial
paralel lucreaz a ca roboții industriali suspenda ți, acest dezavantaj este par țial eliminat.
 Spațiul de operare este relativ mic, de forma complex ă, care ascunde singularit ăți.
 Modelul geometric direct si cel dinamic au complexitate mare.
 Algoritmii de comand ă sunt complica ți datorit ă complexit ății structurii ș i aputernicei
neliniarit ăți a mecanismului spa țial, închis de ghidare.

Având în vedere caracteristicile enumerate mai sus, roboții industriali paraleli implementați în
mediul industrial s -au dezvoltat pe două direcții:

 Roboții industriali par aleli “pick&place” pentru obiecte relativ u soare (10g … 10 kg). Acest
tip are cicluri de lucru standard mici și precizii de repetabilitate mari. Astfel, sunt frecvent e
productivit ăți de 120 cicluri/min la accelera ții 12 g și precizii de repetabilitate de 0.2 mm.
Pentru atingerea unor astfel de performan țe motoarele sunt plasate pe platform ă fixă, partea
mobila trebuie sa fie usoara si rigid ă.
 Roboții industriali paraleli pentru sarcini relativ mari , unde intereseaz ă mai mult precizia
decât viteza. Ace știa utilizeaz ă uzual ca mecanisme de legatura cilindri hidrostatici cu cuple
sferice la capete, care asigur ăun raport for ță-masă foarte bun, sunt simpli si robu ști. Se mai
aplic ăși mecanismele surub -piuliță.

Aplica țiile curente ale celei de a doua categorii de roboți industriali paraleli sunt:
 roboți industriali tehnologici, care execut ă opera ții de debavurare, polizare, frezare etc.
 simulatoare de zbor: aplica ție implementata de Stewart în 1965;
 testare anvelope auto;
 platforme p ășitoare ;
 dispoz itive de fixare reconfigurabile.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

31

Fig. 2 5 Roboți industriali de tip DELTA
Sursa: https://www.scribd.com/document/209834355/Curs -Sistematizarea -Robotilor -Industriali

Fig. 26 Linii de impachetare in cofraje cu roboți de tip DELTA
Sursa: https://www.scribd.com/document/209834355/Curs -Sistematizarea -Robotilor -Industriali

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

32
7. SISTEME DE ACȚIONARE

Sistemul de acționare al axei robotizate este format din:

 element de execuție;
 distribuitor de energie;
 sursa de energie.
CONSIDERAȚII GENERALE PRIVITOARE LA ACȚIONAREA AXEI ROBOTIZATE

Se consideră două axe successive ale unui robot prevăzut cu adaptoare de mișcare între
elementele de execuție și structura mecanică a axelor conform figurii 28.

Fig.2 7 Mărimi caracteristice ale unui sistem robotizat
Sursa: https://www.scribd.com/document/79664109/Roboti -industriali -2008

Motoarele de acționare M1 , M2 trebuie să învingă cuplurile rezistente statice, dinamice și
aleatoare ce pot apărea la deplasarea pe traiectorie:

 cuplurile statice sunt determinate de forța gravitațională și forțele de frecare;
 cuplurile dinamice sunt generate de forțele ce apar la deplasare a axelor și pot fi următoarele:
– cuplul de inerție , determinat de momentul de inerție este proportional cu acc elerația
axei;
– cuplul centrifug , determinat de forța centrifugă, apare la nivelul axei următoare (axa2)
celeiluate în considerare în procesul de evaluare și este proportional cu pătratul vitezei
de rotație a acesteia.
 cuplul sarcinii manipulate este un cup lu variabil, suplimentar care apare în situația în care
robotul deplasează obiecte ce pot fi de dimensiuni și forme diferite ca urmare și cu momente
statice și de inerție diferite;
 cuplurile aleatoare sunt cupluri exterioare robotului care pot apărea în pr ocesul de ansamblare
sau prelucrare în special la nivelul dispozitivului de prehensiune și care determină eforturi
suplimentare la nivelul axelor de poziționare.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

33
Pentru acționarea axei robotizate pot fi alese trei soluții în funcție de puterea (cuplul) so licitată
morului de acționare și timpul de răspuns impus:

 acționare hidraulică ;
 acționare pneumatică ;
 acționare electrică .
7.1. SISTEME DE ACȚIONARE HIDRAULICE

Sistemele de actionerehidraulice sunt utilizate pentru acționarea a 40% din parcul mondial de
roboți industriali fiind preferate în cazul roboților de forță datorită următoarelor avantaje:

 raport foarte bun între puterea dezvoltată și greutatea elementelor de execuție care sunt
robuste și fiabile;
 elementele de execuție hidraulice lucrează la v iteze moderate (pot lipsi adaptoarele de
mișcare);
 datorită incompresibilității uleiului, sistemului I se conferă sufficientă rigiditate pentru a
menține pozițiile programate;
 au timp de răspuns mic și cu sisteme performante de comandă se pot atinge preciz ii de
poziționare foarte bune;
 fluidul h idraulic (ulei) are rol de lubrifiant și agent de răcire;
 este preferat datorită siguranței în funcționare pentru utilizări în medii explosive (vopsitorii),
cu praf (turnătorii) sau corozive (acoperirigalvanice).

Principalele dezavantaje ale sistemelor de acționare hidraulice sunt următoarele:

 costul sistemului de acționare este ridicat și necesită operații de întreținere pretențioase; 
 elementele hidraulice sunt dificil de miniaturizat deoarece necesită secțiuni de trecerea
fluidului (volume ement) determinate de debitul și presiunea de lucru; 
 se pretează în cazul roboților cu ciclu de lucru lent. 
CILINDRUL HIDRAULIC

Elemente de execuție hidraulice. Cele mai utilizate sunt cilindrul hidraulic care realizează diect
mișcarea de translație și motorul hidraulic care realizează mișcarea de rotație.

U tensiune presiune – p determina forța (cuplul);
I – curent debit volumic – Q determina viteza de translație sau rotație;
P – putere electric ă putere hidraulică P Q

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

34

Fig. 28 Cilindrulhidraulic
Sursa: https://www.scribd.com/document/79664109/Roboti -industriali -2008
MOTORUL HIDRAULIC

Fig.29 Schema funcțională a motorului hidraulic
Sursa: https://www.scribd.com/document/79664109/Roboti -industriali -2008

DISTRIBUITOARE DE ENERGIE HIDRAULICĂ

Distribuitoarele hidraulice au rolul de a controla energia hidraulică transmisă elementelor de
execuție . Acestea pot fi:

 distribuitoare de comandă ;
 distribuitoare proporționale ;
 servodistribuitoare .

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

35
7.2.SISTEME DE ACȚIONARE PNEUMATICE

Sistemele de actionere pneumatice reprezintă 21% din totalitatea sistemelor de acționare ale
roboților industriali. Sistemele de acționare pneumaticea următoarele avantaje:

 fiabilitate a ridicată în medii industrial dificile,
 rezistență la șocuri și vibrații;
 capacitate de suprasarcină;
 prețul aparatelor, conecticii și al elementelor de comandă mai mic decât al sistemelor
hidraulice sau electrice similare;
 existen ța unor sursei ieftine și relative răspândite de energie pneumatic în mediul de
producție industrial.

Principalele dezavantaje care limitează utilizarea sistemelor pneumatic în robotică sunt l egate de
următoarele aspecte:

 poziționare grosieră (cu elemente de comandă clasice), performanțe dinamice reduse datorită
compresibilității aerului;
 capacitatere dusă a elementelor de execuție de a dezvolta cupluri (forțe) importante datorită
presiunii de lucru redusela 6…10bari;
 pierderi importante de presiune pe conductele de aducțiune la punctele de lucru situate de
obicei la distanță față de stația de prepararea a erului comprimat;
 necesită instalații suplimentare de tratarea aerului comprimat care îndepărtează umiditatea și
realizează emulsionarea cu vapori de ulei pentru a preveni coroziunea elementelor
pneumatice.

Fig.30 Cilindri pneumatici: a.cu simplu efect;b. cu dublu efect și simplă acțiune;
Sursa: https://www.scribd.com/document/79664109/Roboti -industriali -2008

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

36
MOTORUL PREUMATIC ROTATIV CU CREMALIERĂ

Fig.31 Motorul pneumatic rotativ cu cremalieră
Sursa: https://www.scribd.com/document/79664109/Roboti -industriali -2008

Fig.3 2 Motoare pneumatice cu palete: a.unisens; b.reversibil
Sursa: https://www.scribd.com/document/79664109/Roboti -industriali -2008

Fig.3 3 Motor rotativ cu pistoane radiale
Sursa: https://www.scribd.com/document/79664109/Roboti -industriali -2008

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

37
7.3. SISTEME DE ACȚIONARE ELECTRICE

Sistemele de actioner e electrice s-au răspândit în ultimul timp foarte mult fiind preferate în
echipare a roboților de precizie ce manipulează sarcini mici sau mijlocii datorită compatibilității între
sistemele de comandă, distribuitoarele de energie, elementele de execuție și senzori care lucrează în
exclusivitate cu mărimi eletrice analogice sau digitale.

Principalele avantaje ale sistemelor de acționare electrice sunt:

 permit realizarea unor programe complexe de control a mișcării (viteză sau cuplu);
 elementele de execuție se pretează controlului digital, au timp de răspuns mic, sunt precise și
nepoluante;
 sursa de energie este disponibilă în orice mediu industrial și exceptând roboții mobili,
alimentarea sistemului nu n ecesită echipamente auxiliare cu volumim portant ca în cazul
sistemelor hidraulice sau pneumatice;
 prețul de cost al distribuitoarelor de energie este avantajos mai ales în cazul acționărilor de
mica și medie putere datorită folosirii circuitelor integrat e inteligente ce cumulează o singură
structură integrată, funcțiile blocurilor de comandă și forță a acționării;

Principalele dezavantaje sunt determinate de următoarele aspecte:
 elementele de execuție funcționează la viteze ridicate și cuplu redus (la aceeași putere) ca
urmare pentru acționare a axei robotizate sunt necesare adaptoare de mișcarecare datorită
jocurilor mecanice limitează preizia sistemului;
 raportul putere – greutate ale lementelor de execuție electrice este defavorabil în raport cu
elementele de execuție hidraulice;
 în lipsa alimentării robotului elementele de execuție nu pot păstra poziția axei mecanice ca
urmare sistemul de acționare trebuie prevăzut cu elemente de frânare care cresc greutatea și
complexitatea sistemului și astfel nu se permite manevrarea manual a structurii mecanice
atunci când se impune deplasarea ei din zona de lucru în poziția de casă;
 posibilitatea formării arcului electric (fenomene de comutație dinamică) între componentele
în mișcare, limitează domeniile de folosire exclusive la cele fără praf, vapori sau gaze
inflamabile.

SERVOMOTOARE DE CURENT CONTINUU

În robotică datorită unor cerințe specific impuse elementelor de acționare: putere specifică cât
mai mare, fiabilitate, moment de inerție mic, domeniu larg de variație a turației fără încălzire
excesivă, capacitate de suprasarcină, întreținere minimă, caracteristici de reglare liniare, s-au impus
servomotoarele de current continuu realizate în diverse variante, respective motoarele pas cu pas în
special datorită preciziei de poziționare.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

38
SERVOMOTOR DE C.C. CU EXCITAȚIE ELECTROMAGNETICĂ

Fig. 3 4 Servomotor de c.c.cu excitație electromagneticǎ
Sursa: https://www.scribd.com/document/79664109/Roboti -industriali -2008

1. Circuit magnetic
2. Pol principal
3. Rotor cu crestături
4. Pol auxiliar
SERVOMOTOR DE C.C. CU EXCITAȚIE REALIZATĂ CU MAGNEȚI METALICI REMANENȚI

Fig.3 5 Servomotordec.c.cu excitație realizatǎ cu magneți metalici remanenți (Alnico )
Sursa: https://www.scribd.com/document/79664109/Roboti -industriali -2008

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

39
1. Circuit magnetic;
2. Pol principal (magnet);
3. Talpǎ pol principal;
4. Bobinǎ magnetizare;
5. Rotor cu crestǎturi;
MOTOARE PAS CU PAS

Motorul pas cu pas ( MPP ) este o mașinǎ sincronǎ ce realizeazǎ prin conversie electro –mecanicǎ
discrete o funcție univocal între impulsurile de comandǎ aplicate statorului și unghiul de rotație al
rotorului (la fiecare impuls de comandǎ rotorul executa un pas). Cei mai importanți param etric ai
motoarelor pas cu pas sunt:

 Unghiul de pas este unghiul existent între două poziții consecutive ale rotorului la aplicarea
unui impuls de comandă;
 Frecvența maxima de mers în gol este frecvența maximă a impulsurilor de comandă pe care o
poate urmări motorul fără pierderea sincronismului;
 Frecvența maxima destart -stopîngol estefrecvența maxima a impulsurilor de comandă la care
motorul poate porni, opri sau reversa fără omisiuni de pași, în lipsa sarcinii la arbore;
 Cuplul maxim de start-stop este cuplul rezistent aplicat pe arbore, la care motorul poate porni,
opri sau reversa fără omisiuni de pași, la o frecvență de comandă un moment de inerție date.
 Viteza unghiularǎ de finite ca produsul între unghiul de pas și frecvența de comandă.

Principalele avantaje ale motoarelor pas cu pas pentru utilizarea în roboticǎ sunt:
 Univocitatea conversiei
 Numǎr de impulsuri – deplasare;
 Este compatibil cu comanda digitalǎ;
 Precizie de poziționare și rezoluție unghiularǎ de pânǎ la 0,5 /pas;
 Poate fi utilize t în circuit deschis la porniri, opriri și reversări fără pierderi de pași;
 Memorează poziția;

Dezavantaje le motorului pas cu pas:

 Viteza maxima în sarcinǎ pentru motoarele de putere (maxim5kW) este limitatǎ la valoarea
de 500…300rpm (frecvența de comandǎ nu depǎșește 1…2kHz) în funcție și de sistemul de
comandǎ;
 Rotația este discontinuǎ și reduce vibrații în special la frecvențe joase;
 Caracteristic amecanicǎ M(f) este puternic cǎzǎtoare și pentru aceleași caracteristici
constructive și electrice cuplul mediu scade odatǎ cu micșorarea pasului unghiular.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

40
MOTOR PAS CU PAS CU RELUCTANȚĂ VARIABILĂ

Fig. 36 Motorul pas cu pas cu reluctanțǎ variabilǎ (4 faze, 24 pași, 15 /pas) a.alimentare unidirecționalǎ o
fazǎ, b. alimentare unidirecționalǎ o fazǎ,
Sursa: https://www.scribd.com/document/79664109/Roboti -industriali -2008

În schema de mai jos este reprezentată schema de comandă în buclă deschisă a unui motor
pas cu pas(MPP).

Fig.37 Schema de comandă în buclă deschis
Sursa: https://www.scribd.com/document/79664109/Roboti -industriali -2008

8. TRANSMISII UTILIZATE ÎN ROBOTICA INDUSTRIALĂ

În ac ționarea cuplelor lanțului cinematic de gidare a robotul ui industrial exist ădouătendin țe
majore:

 Este preferabil ă transformarea direct ăa unei cuple în motocupl a deoarece se elimin a
transmisiile, peaceast ăcale simplificându -se construc ția robotului industrial , jocurile si
frecarile. Solu ția nu se aplic ăfrecvent deoarecemasa si gabaritul actualelor motoare sunt
relativ mari.
 Pentru a îmbun atațirea calit ăților dinamice ale robotului exist a tendin ța de a plasa motoarele
spre baz ă si de a folosi transmisii mecanice între motor si cupla ac ționat ă. Astfel partea
terminal ăa robotului industrial devine maiu soară dar datorit ătransmisiilor construc ția
robotului devine mai complicat ă, apar jocuri, deforma ții elastic care pot duce la vibra ții si
frecări care scad randamentul mecanic.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

41
În cazul utiliz ării motoarelor electrice de curent continuu mai este necesar un reductor cu
raport detransmitere mare, care se adaug ăla transmisia de putere la distan țăcu dezavantajele amintite.

În scopul reducerii costurilor si a timpilor de dezvoltare a noilor roboți i ndustriali
produc ătorii utilizeaz ăunități integratemotor – reductor – sistem de m asurare a pozi ției.

REDUCTOARE

În scopul utiliz ării motoarelor electrice pentru ac ționarea cuplelor lanțului cinematic de
ghidare tura ția motoarelor electrice trebuie redus ăde 80 …150 ori.

Condi țiile impuse reductoarelor sunt: fiabilitate mare , rapoarte mari de reducere , controlul
jocurilor între flancurile dinților angrenajelor, mas a mică și gabarit redus .

PRINCIPIUL CONS TRUCTIV AL REDUCTORULUI ARMONIC CU O TREAPTĂ

Fig.38 Schema de principiu a transform ării un ei transmisii planetare cu
roată central ăîntr-o transmisie armonic a cu generator simplu (i = 80 … 320)
Sursa: https://www.scribd.com/document/79664109/Roboti -industriali -2008

Transmisia planetar ă:

1. Braț port- satelit;
2. Roat a central ă.
3. Satelit.
4. Arbore condus.
5. Cuplaj (tub flexibil).

Cinematic nu se modific a nimic dac ă satelitul 3 se plaseaz ă pe bra țul 1 prin intermediul rolei
6.

Daca se m ărește diametrul rolei 6 pân a când satelitul 3 devine flexibil, elpoate rea liza corp
comun cu tubul -cuplaj 5.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

42

Rola 6 are rolul de a oblige elementul flexibil 3 -5 de a rula pe roata central ă.

Avantajele reductoarelor armonice în compara ție cu cele clasice:

 reductorul armonic lucreaz ăcu jocuri zero datorat preînc arcării ro ții flexibile;
 reducere mare de tura ții într -o singur ătreapt ă: 1/50 … 1/320 ;
 randament ridicat de pân a la 85% ;
 reversibilit ate;
 datorit ăabsen ței alunec ării între din ții afla ți în angrenaj frecarea si uzur ț sunt reduse;
 s-au pus la punct reductoare cu rigiditate torsional ămare, care au o zon ăde angrenare mai
largă(de la un procent de 15 % dinți în angrenare la 30 % ).

Fig. 39. Unitate integrat a cu ax tubular motor de current continuu –reductor arminic – senzor de
poziție
Sursa: https://www.scribd.com/document/209834355/Curs -Sistematizarea -Robotilor -Industriali

ANGRENAJE MELCATE

Angrenajele melcate deși au rapoarte de reducere relat iv mari, se utilizeaz a foarte rar în
construc ția roboților industriali deoarece au mas a si gabarit e mari, randament mecanic sc ăzut.

Fig.4 0 Angrenaj melcat
Sursa: Dorin Telea, Stefan Barbu, Roboți Structura – Cinematică – Organologie ,Ed. Universității L. Blaga 2011

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

43
ANGRENAJE CREMALIERĂ – PINION

Transmisia cremalier ă-pinion se utilizeaz a în dublu sens pentru transformarea rotației în
translație . Este precis a si ieftin ăaplicându -se frecvent în robotica industrial ă.

Fig.4 1 Mecanism pinion – cremalieră
Sursa: Dorin Telea, Stefan Barbu, Roboți Structura – Cinematică – Organologie ,Ed. Universității L. Blaga 2011

ȘURUBUL CU BILE

Șurubul cu bile este o transmisie foarte eficient a de trasformare a rotației in translație , are o
precizie mare de pozi ționare, are jocuri nule, rigiditate mare si fiabilitate ridicat ăînsăeste scump ă.

Fig.4 2 Șurub cu bile
Sursa: www.google.ro
MECANISMELE CU BARE

Mecanismele cu bare sunt utilizate ca si contururi monomobile sau bimobile pentru
transmiterea puterii la cuplele lan țului de pozi ționare. Se mai utilizeaz ăca mecanisme paralelogram
sau dublu paralelogram (mecanism pantograf ) pentru conservarea orient arii prehensorului.

În figura următoare este prezentată schema unei unit ățiflexibile de strunjire: semifabricatele
sunt plasate pe palet a fixă, robotul industrial este de tip portal simplu.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

44
Deoare ce semifabricatul are mereu axa orizontal ăs-a adoptat un mecanism dublu
paralelogram în componen ța mecanismului de ghidare. În consecin țărobotul ind ustrial are 4 grade de
mobil itate, comparativ cu 5 grade de mobilitate în cazul absen ței acestui mecanism.

Fig. 4 3 Mecanism cu bare
Sursa: www.google.ro
CURELE DINȚATE

Curelele din țate sunt utilizate distan țe relativ mari.Principalele lor atuuri sunt: prețul redus ,
masa foarte mică . Dezavantaje: elasticitatea si controlul jocurilor în timp care pot duce la o
funcționare a robotului industrial cu vibra ții.

Fig.44 Transmisie prin curele dințate
Sursa: Dorin Telea, Stefan Barbu, Roboți Structura – Cinematică – Organologie ,Ed. Universității L. Blaga 2011

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

45
LANȚURILE

Lanțurile pot înlocui curele din țate. Nu au jocuri, au o rigiditate mult mai mare dar sunt grele.

Fig.45 Transmisie prin lanțuri
Sursa: Dorin Telea, Stefan Barbu, Roboți Structura – Cinematică – Organologie ,Ed. Universității L. Blaga 2011

9.PREHENSIUNEA

Prehensiunea ca acțiune specifică roboticii înseamnă interacțiunea dintre un robot și un corp
(obiect -piesă) în vederea manipulării -transferului corpului de către robot dintr -o poziție în alta.

Fig. 46 Elementele prehensiunii
Sursa: https://www.scribd.com/document/79664109/Roboti -industriali -2008

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

46
Prehensorul are o funcționare complexă și o structură bine determinată și ca urmare trebuie
tratat ca un sistem, respectiv sistem de prehensiune.

Sistemul de prehensiune se compune din subsistemul energetic, subsistemul de execuție,
subsistemul senzorial și subsistemul de prelucrare a informației și comandă.

Fig. 47 Structura sistemului de prehensiune
Sursa: https://www.scribd.com/document/79664109/Roboti -industriali -2008

CLASIFICAREA SISTEMELOR DE PREHENSIUNE

Sistemele de prehensiune pot fi naturale și artificiale.

Sisteme naturale de prehensiune sunt cele care se întâlnesc la diverse viețuitoare. Putem
exemplifica dintre acestea: ghearele și ciocul păsărilor, trompa elefantului, mâinile mamiferelor sau
cleștii racilor.

Sistemele artificiale de prehensiune sunt cele concepute și realizate de om și acestea sunt
destinate pentru protezarea mâinii umane și pentru utilizare la roboți, respectiv roboți industriali.

9.1. SISTENE NATURALE DE PREHENSIUNE

“În natură există o varietate foarte mare de sisteme de prehensiune, denumite și biosisteme de
prehensiune. Studiul acestora a contribuit substanțial la imbogătirea cunoștințelor despre sistemele de
prehensiune în general si a fost și este deosebit de util pentru conceperea și perfecționarea sistemelor
de prehensiune utilizată la roboți .

Structura generală a u nui sistem de prehensiune este formată din: sursa energetică, efector,
senzori și creier. Sursa energetică este reprezentată de structurile ființelor vii ce furnizează
bioenergianecesară funcționării sistemului. Efectorul este partea cu care se realizează prehensiunea
propriu -zisă șicare poate fi denumit bioprebensor. Bioprehebsoarele pot avea structuri osoase sau
cartilaginoase.

Funcție de modalitatea de realizare a prehensiunii, bioprehensoarele se pot sistematiza în:
bioprehensoare ce realizează prehens iunea cu prindere, întâlnite la caracatiță, reptile, elefant
bioprehensoare cu cioc ca cele de la crab și bioprehensoare cu degete cum intâlnim la păsări, primate
(mâna).

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

47

Fig.48 Structura sistemului natural de prehensiune

Biosistemul de prehensiune cel mai evoluat este este cel al mainii primatelor, dintre care, in
special, cel al mâinii omului .”

Fig.49 Structura bioprehensorului mâinii umane
Sursa: Ionel Starețu , Sisteme de prehensiune, Editura Lux Libris, Brasov 199 6

9.2. SISTEME ARTIFICIALE DE PREHENSIUNE

“Aceste sisteme artificiale de prehensiune sunt destinate diferitelor aplicații medicale,
industriale sau în alte domenii de activitate, care realizează identificarea obiectului, manipularea
controlată și desprinderea în poziție stabilă a corpului prehensat, foarte aseman ător mâinii umane.

Clasif icarea acestora se poate realiza în funcție de mai multe criiterii:

După metoda de prehensiune, pot fi siteme cu contact (cel puțin două forțe sunt aplicate direc t
obiectului), intrusive (prehensiunea se realizează prin stapungerea corpului obiectului), astringent

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

48
(forta de legatur ă este aplicat ă intr-o singur ă direcție), contigue ( metodă de prehensare fără contact,
fiind necesară o forță de atragere pe o singură d irecție) .După tipul mișc ării executate de bacurile de
prindere: mișcar e de rotație (se relaizează cu prehensoare unghiulare) și mișcare l iniară (cu
prehensoare paralele ).
În funcție de num ărul zonelor de prindere a obiectului, aceste sisteme poti fi cu dou ă (cel mai
des utilizate) , cu trei bacuri sau cu mai multe bacuri.

În funcție de tipul elementului de prehensiune: cu barurile adaptive la obiectul ce trebuie
prehensat, cu bacuri rigide, cu tentacule obținute di n elasomeri.

În funcție de tipul energiei utilizate pentru acționare, acestea pot fi penumatice, hidraulice,
servo -electrice, magnetice, cu vacuum, etc.

Acest sistem este structurat din: sursa de energie, subsistem de execuție, tarductori și senzori,
echipament de prelucrare a informației și de comanda

Fig. 50 Sistemul artificial de prehensiune
Sursa: Ionel Starețu , Sisteme de prehensiune , Editura Lux Libris, Brasov 199 6

Sursa de energie, furnizeaz ă energia suficient ă funționării sistemului.

Traductoarele măsoar ă diverș i parametr i de funcționare , iar senzorii se utilizează în
identificarea caracteristicilor exitente în mediul exterior.

Subsistemul de execuție realizea ză prehensiunea obiectului ce este supus operației.

Echipamentul de prelucrare a informației si de comand ă, colecteaz ă informațiile de la
traductor și senzori iar dup ă ce acestea se prelucreaz ă, trimite comenzi necesare funcționării corecte
a sistemului.
SISTEME ARTIFICIALE DE PREHEENSIUNE MECANICE

Aceste sisteme artificiale de prehensiune se realizează prin intermediul forțelor mecanice de
contact realizate între elementele lor si obiectul ce necesită prehensat.

Structura acestor sisteme de prehensiun e este caracterizată prin aceea că subsistemul de
executie este un subsistem mecanic.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

49

Acest subsistem mecanic este, de obicei, un mechanism format din elemente rigide.

Sistemele artificiale de prehensiune mecanice se diferențiază, în primul rând, prin construcția
subsistemului mecanic, a mecanismului, principalul criteriu de clasificare este în funcție de
particularitățile acestei construcții.

Aceste sisteme artificial de prehensiune se împart în:

a) sisteme artificiale de prehensiune mecanice cu ba curi, prehensoare cu bacuri
b) sisteme mecanice de prehensiune antropomorf e (prehensoare antropomorfe)
c) sisteme artificiale de prehensiune mecanice tentacul are (prehensoare tentacu lare)

Fig.5 1 Tipurile principale de sisteme artificiale de prehensiune mecanice.
Sursa: Ionel Starețu , Sisteme de prehensiune , Editura Lu x Libris, Brasov 1996

Modelarea sistemului mecanic de prehensiune, sistemul în ansamblu este compus din corpuri
rigide de prindere și include structura mecanică a subansamblului, generează acționare mecanică de
transmisie a puterii de la motor la elementele care realizează contactul cu obiectul de prehensat.

SISTEME ARTIFICIALE DE PREHENSIUNE CU VACUUM

Aceste p rehensoare cu vacuum aparțin categoriei prehensoarelor unilaterale, deoarece
necesit ă o singură suprafața activă de contact cu piesa prehesată.

Fucționare a se bazează pe eliminarea aerului dintre suprafața de lucru a ace stora și suprafața
de piesei prehensate iar priza între cele două suprafețe se obține prin acțiunea presiunii aerostatice
(gazostatice).Aceste prehensoare funcționeaz ă în medii gazoase, având o presiune relative ridicată, în
atmosferă sau în încăpari unde exista condiții similar e.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

50
Prehensoarele cu vacuum au o suprafaț ă care este realizată din suprafața uneia sau mai multor
ventuze elastice, din cauciuc sau din materiale asemanatoare ca și propriet ăți, cum sunt și unele
materiale plastic.

Elimin area aerului dintre suprafața piesei și suprafața activă a ventuzei se poate realiza astfel:

 Pin apasare mecanică a ventuzei pe suprafața piesei ;
 Prin efect Venturi, cu curenți de aer sub presiune;
 Cu pompe cu vid.

Apăsarea mecanică a ventuzei, pentru elim inarea aerului dintre aceasta și piesă, presupune
existența unei suprafețe de sprijin (fig. a), iar prehensiunea este produsă de presiunea atmosferică
(fig. b).

Fig. 52. Prehensiune cu ventuză apăsată mecanic
Sursa: Ionel Starețu , Sisteme de prehensiune , Editura Lux Libris, Brasov 1996

Prehesiunea cu ventuză apasată mechanic:

Calculul forței de prehensiune si forței de aderență între piesă și ventuză se poate realize cu
relația urmatoare:

(19)

d diametrul cercului de contact dintr e piesă și ventuză,
V1 reprezintă volumul de aer închis sub ventuză înainte,
V2 reprezintă volumul de aer după deformare.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

51
Pentru utilzarea efectului Venturi este necesar pomparea unui jet de aer sub presiune în corpul
prehensorului (fig.a) , antrenand aerul existent în aceasta, determinand o scădere a presiunii statice
astfel se realizează priza cu piesa, presiunea atmosferica exterioara fiind mai mare (p sat>ps).

Fig. 53 Principiul efectului Venturi(a) și o diuză Venturi(b)
Sursa: Ionel Star ețu , Sisteme de prehensiune , Editura Lux Libris, Brasov 1996

Fig.54 Comanda prehensiunii (prindere a, desprindere – b) în cazul folosirii efectului
Venturii
Sursa: Ionel Starețu , Sisteme de prehensiune , Editura Lux Libris, Brasov 1996

În figura de mai jos este reprezentată prinderea (a) și desprinderea (b) piesei prin utilizarea
efectului Venturii.

În figura de mai jos esete reprezentat ă schema unei instalații în care vacuumul este obținut
prin intermadiul pompei de vid 1, și ca urmare prehensi unea piesei 2, iar desprinderea fiind u șurată
prin patrunderea aerului cu presiune redusa (4 bari) prin intermediul distibuitorului 3, iar
distribuitorul 4 fiind pe poziția închis. Distribuitorul este acționat electromagnetic pentru poziția de
lucru, și de un arc pentru poziția închis. Supapa 5 asigură circulația aerului numai spre ventuze.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

52

Fig. 5 5 Principiul obținerii vidului
Sursa: Ionel Starețu , Sisteme de prehensiune , Editura Lux Libris, Brasov 1996

În cazul in care se folosesc mai multe ventuze forța de prehensiune este aproximativ:

∑

(20)

Daca este cazul folosiri unei ventuze, forța de prehensiune se calculează cu formula:

(21)

Dezavantajele principale ale prehe soarelor vaccumatice sunt: timpul relativ mare pentru
realizarea depresiunii, pericolul deformării pieselor (cum ar fi foile de tablă, carton, etc.),dispariția
forței de prindere în cazul unei pene de aer comprimat, consumul mare de aer comprimat care
impune în multe cazuri și sisteme mecanice de susținere a pieselor, fiabilitatea redusă a ventuzelor,
forța portantă limitată pentru o ventuză dată, etc.

SISTEME ARTIFICIALE MAGNETICE DE PREHENSIUNE

Prehensoarele magnetice fac parte din categoria prehensoarelor unilaterale ca și prehensoarele
cu vacuum cu care sunt asemănătoare.Acestea au o singură suprafață de lucru și necesită cale de
acces spre piesa prehensată dintr -o singură direcție.Evident prehensoarele magnetice se pot folosi
numai pentru piesele feromagnetice.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

53
Principiu de funcționare si elemente de calcul:

Prehensoarele magnetice realizează prehensiunea prin intermediul forței de atracție
magnetică.Această forță poate fi generată de magneți permanenți sau de electromagneți .
Daca utiliză m un magnet permanent (a) forța magnetică de prehen siune este proporțională cu
marimea magneților și deoarece acesta este permanentă, desprinerea piesei se realizează cu un
mecanism suplimentar ( b, c).

Fig.56 Prehensor cu magnet permanent (a) și exemple de mecanisme de desprindere (b, c)
Sursa: Ionel St arețu , Sisteme de prehensiune , Editura Lux Libris, Brasov 1996

Forța electromagnetică este generată de un electromagnet care în cele mai multe cazuri este o
bobină cilindrică cu un miez cu proprietăți magnetice bune sau foarte bune. Foarța magnetica se
poate calcula cu relatia:

(22)

A aria de contact di ntre electromagnet și forța preh ensată
B inducția magnetică
µ permeabilitatea magnetică a vidului

Desprinderea piesei în cazul electromagneților se face prin întreruperea alimentarii, iar daca
este cazul forțarea piesei pentru a se desprinde, pentru învingerea forței generate de magnetismul
remanent, anularea câmpului electromagnetic initial prin alimentarea bobibei cu un curent alternativ
de tensiune scazută.

Ca și avantaje ale prehen soarelor magnetice sunt: lipsa uzuri, construcție simpla, absența
elementelor de acționare, necesitatea unei singure suprafețe de acces sprepiesa. Aceste prehensoare
cu magneți se pot utiliza pana la temperaturi de 500șC, folosite în medii explozive, iar a cestea mai au

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

54
ca și avantaje: posibilitatea de adaptare la forma piesei, toleranța la impuritați si alimentare simpla cu
energie.

Prehensoarele electromagnetice fața de cele vacuumatice, prezintă o rapiditate mai mare în
funcționare și dezvoltă o forța s pecifică mai mare pe unitatea de suprafață.

Aceste prehensoare cu electromagneți nu poti fi utilizate la temperaturi mai mari de 60șC
doar daca se impun masuri speciale înfașurarilor bobinelor folosite și au magnetism care necesită
dispozitive de prin dere a piesei prehensate.

Prehensoarele cu magneți permanenți au urmatoarele dezavantaje: încarcare cu diverse
impuritați feromagnetice ce pot duce la marirea intrefierului și scaderea forței magnetice utile,
necasar un dispozitiv suplimentar pentru extra gerea piesei .

Aceste tipuri de prehesoare magnetice au ca și dezavantaj prehensarea simultană a pieselor
cand acestea au suprafața de contact plană, subtire sau dispusă în pachete. Pentru a menține forța
magnetică constantă necesită curațirea suprafețel or de aschii și impuritați care pot conduce la
marirea distancelor ce vin în contact. [3]

SISTEME DE SCHIMBARE A DISPOZITIVELOR DE PREHENSIUNE Ș I SCULELOR
Sistemele de schimbare a prehensoarelor și sculelor funt folosite pentru a crește flexibilitatea în
utilizarea roboților. Diferite scule și dispozitive de prehensiun e sunt montate pe brațul robotului cu
ajutorul unei flanșe universale.
Caracteristicile unei flanșe universale :

 desprinderea ușoară și sigură a gripper -ului de înlocuit;
 atașarea ușoară și sigură a noului gripper;
 blocarea (fixarea rigidă) noului gripper;
 asigurarea alimentării cu energie (pneumatică și/ sau electrică) a gripper -ului sau uneltei.
Astăzi, roboții sunt capabili să își schimbe dispozitivele de prehensiune sau sculele în mod
autonom. Fixarea noului gripper pe brațul robotului se poate face automat, cu vacuum, electric sau cu
mecanisme deblocabile de zăvorâre. In ultimul caz, deblocarea zăvorului se poate face pneum atic sau
electric. Se poate spune că flanșa universală este de fapt un prehensor universal, care nu lucrează
direct cu piese, ci cu diverse alte dispozitive de prehensiune . Flanșele universale sunt folosite și
pentru atașarea a diferite scule: pistoale de vopsit, șurubelnițe, burghie etc. În figura de mai jos este
prezentat un robot cu sistem de schimbare prehensoare .
Domeniul tipic de apicație al sistemelor de schimbare a gripper -elor și sculelor este în asamblare.
În aceste aplicații sunt necesare atât mâ nuirea unor scule pentru plelucrarea pieselor, cât și mânuirea
pieselor pentru poziționare. ”

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

55

Fig.57 Robot cu sistem de schimbare a dispozitivelor de prehensiune
Sursa: www.google.ro

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

56
CAPITOLUL III- PROIECTAREA DISPOZITIVULUI DE PREHENSIUNE CU
ACȚIONARE PNEUMATICĂ

Analalizând restul soluțiilor constructive ale dispozitivelor de prehensiune si modul de
acționare al acestora, am considerat că varianta aleasă este cea mai avantajoasă aceasta fiind
realizarea teo retică și practică a unui dispozitiv de prehensiune cu bare articluate cu acționare
pneumatică.

Așadar, p entru modelarea prehensorului s -a ținut cont de lungimea minimă și maximă a
pieselor ce necesită a fi prehensate, aceastea avand forma unui paralelipiped sau cilindru cu lungimea
sau diametrul intre 50 și 100 milimetri .

1. SCHEMA CINEMATICĂ A DISPOZITIVULUI DE PREHENSIUNE CU ACȚIONARE PNEUMATICĂ

În primă fază s -a realizat schema cinematică a dispozitivului determinându -se dimensiunile
elemen telor componente și unghirile de înclinare ale tijelor, astfel încât, ulterior sa poată fi
determinate forțele care se transmit prin intermediul acestora.

Fig. 58 Schema cinematică a prehensorului

Schema cinematică de mai sus a prehensorului preumatic , prezintă dimensiunile și unghiurile
principale ale acestuia in momentul in care este prehensa tă o piesă de dimensiuni maxime.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

57

În cazul in care piesa ce necesita a fi prehensată are dimensiuni mai mici, altele decât 100
milimetri, automat unghiurile vor avea valori diferite.
2. CALCULUL PENTRU DETERMINAREA PRESIUNII MINIME DIN MOTOR UL PNEUMATIC

În cazul studiat a fost necesar a fi prehensată o piesă de formă paralelipipedică din oțel, cu
dimensiumile de 100 milimetri lungime, 50 milimetri lățime, respectiv 50 înălțime, având greutatea
de 30N, pentru transport area acesteia pe o menghină pe care urmează a se efectua ulterior o
prelucrare.

Pentru determinarea presiunii necesar e in vederea alegerii motorului pneumatic s -a pornit de
la faptul că au fost cunoscute atât greutatea piesei cât si diametrul pistonului și al tijei motorului
pneumatic liniar.

Etape de calcul:

Fig. 59 Forțele ce acționează asupra piesei

Greutatea este cunoscută:

(23)
Atât diametrul pistonului ( ) , cât și cel al tijei ( ) sunt cunoscute:

(24)

Pentu a fi posibilă realizarea prehensiunii, astfel încât corpul să fie prins intre bacuri , pentru
ca acesta să poată fi deplasat spre postul de lucru, este necesară indeplinirea următoarei condiții:

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

58
(25)

Deoarece prinderea se face la ambele capete ale corplui rezultă faptul că:

=

Din formula generală a forței de frecare, se poate determina forța necesară de apăsare a
bacurilor:

(26)

Cunoscând forța de apăsare necesară. Se pot ate determina in continuare, prin descompunerea
forțelor, forța necesară din tija pistonului, notată in desenul de mai jos cu .

Fig.60 Unghiuri necesare pentru determinarea forței din tijă

= 82,96 N
(27)

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

59

= 73,73 N
(28)

= 25,77 N
(29)

Cunoscându -se atât cât si ,se poate determina aria pistonului:

A=

83,32
(30)

Așadar, fiind cunoscute și forța din piston ( ), cât si aria ( ) acestuia , se poate determina
presiunea necesară, astfel incât procedeul de prehensiune să poată fi realizat .

0,3 3 bar
(31)

În urma calculelor, din care a rezultat presiunea necesară minimă , am ales un motor pneumatic liniar
cu valori ale presiunii cuprinse intre 0,15, respective 0,7 MPa, astfel incât aceasta să poată fi
incadrată între cele două.

Ținând cont de faptul că caloarea de 0,3 MPa este situată la o valoare de mijloc din presiunea
pe care motorul preumatic liniar o suportă, am realizat in continuare un calcul de verificare, etapele
fiind aceleași, pentru o piesă cu dimensuni identice celei precizate mai sus, dar de data aceasta având
o greutate de 60N.

G=60 N
(32)

(33)

=

(34)

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

60
(35)

(36)

= 165,93 N
(37)

= 139,48 N
(38)

= 58,75 N
(39)

(40)

0,7 7 bar
(41)

În urma efectuării celei de -a doua serii de calcule se poate trage concluzia că la o valo are a
greutății de 60N, presiunea necesară are valoarea maximă, așadar cu ajutorul acestui dispozitiv pot fi
manipulate piese având o greutate dublă decât cea a corpului manipulat inițial.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

61

3. MODELAREA TRIDIMENSIONALĂ PREHENSORULUI CU ACȚIONARE PNEUMATICĂ

Fiind cunoscută schema cinematică prehensorului și aspe ctul motorului pneumatic liniar,
următorul pas a fost modelarea tridimensională a ansamblului, realizată cu ajutorul programului Catia
V5, forma rezultatăv fiind următoarea :

Fig.6 1 Modelarea prehensorului în Catia V5

Avantajul folosirii acestui tip de motor pneumatic il reprezintă existența știftului filetat,
reprezentat in partea stângă a desenului, acesta având rulul de reglare a cursei pistonului pistonului,
pentru cazul in care se doresc a fi manipulate piese cu o lungime mai mică de 100 milimetri.

Structura acestuia este confecționată din OL 37, mai exact barele articulate, bacurile si piesele
folosite pentru susținera acestora.

Asamblarea s -a relizat utilizant șuruburi M3 cu cap cilindric si locaș hexagonal, p entru partea
superioară, iar in partea inferioara s -a folosit șaibă și piuliță cu autoblocare. Prinderea pe flanșa
robotului se va face utilizând șuruburi M6 tot cu cap cilindric si locaș hexagonal.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

62
4. ANALIZA STATICĂ A STRUCTURI I MECANISMULUI DE
PREHENSIUNE UTILIZÂND METODA ELEMENTULUI FINIT

Scopul este găsirea unei soluții aproximative la o problemă cu condiții la limită bilocale sau
cu parametri ințiali prin împărțirea domeniului sistemului în mai multe subdomenii de dimensiuni
finite, inter conectate între ele, având dimensiuni și forme diferite, și prin definirea variabilelor de
stare necunoscute, printr -o combinație liniară de funcții de aproximare. Subdomeniile se numesc
elemente finite, totalitatea elelementelor finite formează o rețea (m esh) iar funcțiile de aproximare se
numesc funcții de interpolare. Impunând compatibilitatea funcțiilor definite individual pe fiecare
subdomeniu în anumite puncte numite noduri, funcția necunoscută este aproximată pe întregul
domeniu.

”Astfel, metoda elementelor finite este o cale foarte convenabilă de a obține soluții
aproximative pentru aproape orice problemă inginerească, devenind astfel un instrument comod și
necesar în calculele de proiectare și cercetare, eliberând utilizatorul d e dificultățile legate de
geometrii neregulate, neomogenități de material, condiții de contur și inițiale complexe. Totodată,
această metodă permite integrarea prin calcul numeric a ecuațiilor și sistemelor de ecuații
diferențiale pe un domeniu, ț inând cont de condițiile la limită sau de contur ale unei configurații
date care descrie diferite probleme și fenomene fizice. ” [4]
Caracteristicile materialului sunt următoarele:
 Modulul de elasticitate longitudinal,
 Coeficientul lui Poisson,
În figura de mai jos este reprezentat sistemul de acționare al prehensorului cu incărcările
existente pe bacuri si încastrările aplicate pe placa de susținere si cea de antrenare a intregului
ansamblu. Acesta este considera t ca fiind fix, analiza efectuându -se in momentul in care piesa
prehensată se află intre bacurile acestuia, iar pe suprafața de bacurilor se exercită presiunea
cauzată de forța normală.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

63

Fig. 62 Încastrarea și încărcarea bacurilor

Modelul realizat a fos t discretizat în elemente finite de tip tetraedru si de tip paralelipipedic,
rezultând un număr de 15722 de elemente finite cu 70454 noduri. (Fig. 63)

Fig. 63 Discretizarea în elemente finite

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

64

În urma rulării analizei statice pentru modelul astfel creat s -au obținut următoarele rezultate
prezentate in figurile următoare :

Fig. 64 Deformația pe axa X = 0.012 mm

Fig. 65 Deformația pe axa Y = 0.02 mm

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

65

Fig. 66 Deformația pe axa Z = 0.002 mm

Fig.67 Deformația totală Dt= 0,02 mm

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

66
În urma acestei simulări numerice se constată in figurile de mai jos că tensiunile echivalente
maxime apar in zona barelor articulate, in partea cea mai apropiată de placa principală de susținere ,
iar valorile acestora nu depășesc limita de curgere a mater ialului ale s pentru realizarea ansamblului .
Prin urmare se consider indeplinită condiția de rezistență .

Fig.68 Tensiuni echivalent ă von- Misses

Fig.69 Tensiunea principală

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

67
În ceea ce privește deformațiile specific e și deplasările structurii analizate se constată faptul
că valorile maxime apar tot in zon a barelor articulate, in partea cea mai apropiată de placa principală
de susținere , iar aceste valori se incadrează și ele in valorile admisibile, motiv pentru care se poate
spune că este îndeplinită condiția de rigiditate.

Fig.70 Deformația specifică echivalentă

Fig.71 Deformația specifică principal

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

68
Îndeplinirea celor două condiții de rezistență și de rigiditate este confirmată și de valorile
obținute prin coeficientul de siguranță al acestei structure. Astfel valoarea maximă a coeficientului de
siguranță pentru structura analizată este de 15. (Fig. 72)

Fig.72 Coeficientul de siguranță

Utilizând același pachet de programe Ansys Workbench s -a realizat și o analiză la oboseală a
structurii, intr -un ciclu alternant simetric ( , obținându -se ca rezultate durata de viață a
structurii (F ig. 73), care este mai mare de 1 milion de ciclur i de solicitare.

Fig. 73 Analiza la oboseală

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

69
Și pentru acest tip de analiză s -a calculat coeficientul de siguranță, valoarea maximă a
acestuia fiind de data aceasta 8,2445.

Fig.74 Coeficient de siguranță la oboseală

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

70
5. REALI ZAREA INSTALAȚIEI PNEUMATICE DE ACȚIOARE PENTRU COMANDA DE AVANS ȘI
RETRAGERE

Schema pneumatică de acționare prin intermediul programului FluidSim.

Fig.75 Schema pneumatică de acționare
Realizarea mișcării tijei motorului hidraulic liniar este posibilă cu ajutorul unui compresor de
aer comprimat îl alimentează. Inversarea sensului de deplasare al tijei pistonului si oprirea alimentării
instalației se realizează cu ajutorul unu distrisbuitor 5/3 cu sertar cu care este dotată instalația
pneumatică, acesta fiind comandat cu ajutorul unui electromagnet.

Orificiile distribuitorului “2” și ”4” au rol de alimentare a instalației, fiind conectate la
alimentarea cu aer a acesteia, pe când “3” și ”5” , au rol de evacuare a aerului și de amortizare a
zgomotului.

Instalația mai este dotată cu drosele care fac posibilă modificarea vitezei cu care tija
pistonului se deplasează prin deschiderea și inchiderea acestora, supape de sens care permit trecerea
aerului doar intr -o singură direcție, si un manometru care fac e posibilă verificarea presiunii existentă
în instalație.

Atunci când electromagnetul Y1 este alimentat, distribuitorul se deplasează în partea dreaptă,
permițând pătrunderea aerului in prima cameră a pistonului doar prin interiorul droselului, datorită
supapei de sens, rezultatul fiind avansul tijei, respectiv deschiderea bacurilor prehensorului.
Evacuarea aerului din partea opusă se realizează de data aceasta prin intermediul supapei de sens,
care este de data aceasta deschisă și prin intermediul evacuă rii notată cu cifra “3” în desen, care are și
rolul de amortizare a aerului.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

71
Pentru retragere se alimentează electromagnetul Y 2, distribuitorul fiind deplasat spre stânga,
iar rezultatul fiind pătrunderea in cea de -a doua cameră a pistonului, tot prin in teriorul droseluui,
datorită supapei de sens, rezultatul fiind retragerea tijei, respectiv închiderea bacurilor prehensorului
și străngerea corpului ce necesită a fi prehensat. Evacuarea aerului din prima cameră a pistonului se
realizează prin intermediul supapei de sens, care se deschide si permite trecerea și prin intermediu
evacuării care are și acesta rolul de evacuare a aerului, notat cu “5”.

6. PROIECTAREA SCHEMEI ELECTRICE DE COMANDĂ

Schema de comandă electrică este realizată la fel ca și cea de mai sus în spațiul de lucru FluidSim.

Fig.76 Schema electrică de acționare

Schema electrică reprezentată mai sus are rolul de a face posibilă acționarea electromagnețior
distribuitorului, acesta fiind alimentat la o tensiune de 24 V, rezultatul fiind acționarea motorului
pneumatic liniar.

Pentru realizarea avansului tijei, respectiv deschiderea bacurilor, este acționat butonul normal
deschis B D, care închide circuitul, realizează automenținerea prin intermediul contactului norma l
deschis al bobinei K1, bobină care va menține circuitul închis si va alimenta mai departe
electromagnetul Y1, rezultatul fiind deplasarea electromagnetului pe poziția din stânga. Pentru a se
realiza deschiderea circuitului electric am utilizat un buton normal închis ”SP” care este comandat de
releul de presiune montat in instalația pneumatică, cand pesiunea din instalație creste, devenind mai
mare decat cea stabilită, acesta se deschide.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

72

Fig.8 7 Schema electrică pentru avans

În figura de mai jos este reprezentată faza de retragere a pistonului, adică inchiderea
bacurilor.

Pentru a realizarea retragerii se acționează butonul normal deschis B Î, ce realizează
automenținerea și alimentarea bobinei K2, fiind alimentat si electromagnetul Y2, iar distribuito rul se
deplasează de poziția din dreapta. În momentul apăsării butonului, contactul normal K1 se va
deschide și va opri alimentarea.

Fig.77 Schema electrică pentru retragere

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

73
CAPITOLUL IV – REALIZAREA PRACTICĂ A LUCRĂR II STUDIATE

În urma determinării dimensiunilor prehensorului, a forțelor care se transmit prin intermediul
bacurilor si a elementelor de tip bară articulată, a analizei statie utilizând metoda elementului finit, a
realizării instalației pneumatice și a schemei electrice de comandă , a putut fi posibilă realizarea fizică
a prehensorului, a montării lui pe robotul KUKA KR6 și crearea unui program in care piesa este
manipulată si transportată la un post de lucru.

Fig. 78 Prehensor in pozițiile extreme d e inchis/deschis

În imaginile de mai sus este fotografiat prehensorul în momentul in care acesta a fost montat
pe brațul robotic, in prima fotografie fiind evidențiată poziția de ”închis” a acestui, iar î n partea
dreaptă este fotografiat prehensorul in poziția de repaus, poziție in care nici o forță nu solicită
elementele componente ale acestuia.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

74
Aplicația realizată cu ajtorul prehensorului și a brațului robotic este formată din următoarea
succesiune a fazelor:

 Din poziția inițială a brațului robo tic, aceasta efectueaza o mișcare de rotație in jurul celei de –
a șasea culp e, ducând efectorul terminal in poziția in care poate fi alimentat motorul hidraulic
liniar, iar bacurile acestuia să acționeze asupra corpului.

Fig.79 Prindere piseă

 Presiunea exercitată de bacurile prehensorului pe fețele laterale ale corpului sunt mai mari
decât forța de greutate a acestuia, ceea ce face posibilă manipularea ș i transportarea acestuia
în poziția următoare.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

75
Fig. 80 Transportare piesă
 În urma manipulării , corpul a fost transportat în interiorul menghinei unde urmează a fi strâns
de aceasta. Se consideră ca urmează a -i fi realizat in procedeu de prelucrare, moment in care
brațul robotului se retrage pentru a face acea stă operațiune posibilă.

Fig. 81 Retragere in poziția inițială

 După realizarea procedeului de prelucrare, piesa este extrasă din menghină și trasnsportată in
dreapta acestiea, unde va fi poziționată.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

76
Fig. 82 Evacuare piesă

 În urma tuturor pașilor pe care roboul îi execută, acesta va reveni in poziția inițială de unde
va relua procesul.

Fig. 83 Retragere in poziția de”0”

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

77

CONCLUZII

In cadrul prezentei lucrări de diplomă, pe baza particularităților unui robot industrial , am
incercat să prezint avantajele utilizării roboț ilor industriali în diverse operații pe care aceștia le pot
efectua , pornind de la efectuarea operației de sudură până la manipularea unor piese de forme si
dimensiuni diferite.

Robotul KUKA KR6 folosit pentru această lucrare demonstrează faptul că prin complexitatea
sa constructivă poate fi utilizat pentru diverse experimente de laborator care vor sta la baza cercetării
și aprofundării cunoștiințelor in fascinantul domeniu al roboticii.

In incheiere trebuie menționat și faptul că an de an roboții sunt tot mai mult utilizați atat in
domeniul industrial (fiind o componentă esențială a sistemelor de fabricație automate flexibile) cat si
in domenii neindustriale (in medii inaccesibile pentru operatorii umani), creșterea utilizării roboților
fiind una exponențială.

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

78
BIBLIOGRAFIE

1. Dr. ing. DRIMER, Dolphi , Dr. ing OPREAN, Aurel, Dr . ing DORIN, Alexandru, Dr. ing
Nicolae Alexandrescu, Ing. Adrian Paris, Ing. Horia Panaitopol, Ing. Constantin Udre a, Ing.
Ioan Crisan , Roboti industriali si manipulatoare , Editura Tehnica Bucuresti -1985
2. Dorin TELEA, Bazele roboților industriali, Editura Universității Lucian Blaga din Sibiu
3. Ionel S TAREȚU , Sisteme de prehensiune, Editura Lux Libris – Brasov 1996
4. Prof. dr. Eur. Ing. Ionel STAREȚU , Universitatea „Transilvania” din Brașov, Prehensoare
antropomorfe cu bare articulate sau fire cu fire și role pentru roboți industriali – Sinteză,
analiză și proiectare constructivă
5. Ionel STAREȚU, Mircea NEAGOE, Niculai ALBU, Mâ ini mecanice antromorfe de
prehensiune pentru protezare și roboți, Editura Lux Libris – Brasov
6. Dr. Ing. Marian B OLBOE , Prof. Univ. Dr. Ing. Eur Ing. Ionel S TAREȚU , Analiza
compoarativă a unor prehensoare antropomorfe pentru identificarea unei variante opti me.
7. Prof. Dr Eur. Ing Ionel S TAREȚU , Prehensoare antropomorfe cu bare articulate sau cu fire și
role pentru roboți industriali – Sinteză, analiză și proiectare constructivă.
8. http://documents.tips
9. http://www.scritub.com
10. http://yamaho.eu
11. http://www.parkermotion.com

[1] Ionel STAREȚU, Mircea NEAGOE, Niculai ALBU, Mâini mecanice antromorfe de prehensiune pentru
protezare și roboți, Editura Lux Libris – Brasov
[2] Dorin Telea, Stefan Barbu, Roboți Structura – Cinematică – Organologie ,Ed. Universității L. Blaga 2011
[3] Ionel Starețu , Sisteme de prehensiune , Editura Lux Libris, Brasov 1996
[4] Adrian Pascu, Valentin Oleksik, Calculul structurilor utiliz ând metoda elementului finit, Ed. Universității L.
Blaga 2014

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

79
OPIS
Prezentul proiect conține:
Partea scrisă:
– 78 pagini de text;
– 83 figuri in text;
– 41 ecuații;

Partea desenată:
– Desenul ansamblului în format A1 ;
– 1 desene execuție î n format A3 ;

Sibiu, 02.07.2017

Studiul și proiectarea unui dispozitiv de prehensiune cu acționare pneumatică

80