Proiectarea Robotului

Capitolul 1 Notiuni generale

Introducere

Ce este un robot? Ei bine un robot, este un sistem care contine senzori , sisteme de control, manipulatoare, surse de alimentare și software toatelucreaza impreună pentru a îndeplini o sarcina. Proiectarea, construirea, programarea și testarea unui robot este o combinatie de fizica, inginerie mecanica , inginerie electrica, inginerie structurala, matematica si calculator.

Un robot este un manipulator reprogramabil, multifunctional proiectat pentru a muta materiale, piese, scule sau dispozitive speciale prin mișcări sunt programate și variabile pentru performanța de o varietate de sarcini.

1.2 Scurt istoric

O societate industrializata avansata presupune o automatizare flexibila a proceselor productive, în care manipulatoarele și roboții industriali au un rol determinant. Avănd în vedere că roboții industriali sunt flexibili, asigurând libertăți de mișcare similare cu acelea ale membrelor superioare (brat-mâna) ale ființelor umane, utilizarea lor produce o serie de avantaje economice și sociale. Între acestea pot fi menționate: creșterea productivității, umanizarea vieții muncitorilor, prevenirea accidentelor de muncă, ridicarea calității produselor și recuper area mai rapidă a investițiilor .

Crearea unor mijloace de automatizare de tipul manipulatoarelor și roboților a fost determinta, printre altele, de creșterea nomenclaturii pieselor produse și de reducerea cotei relative a producțiilor de masa si de serie mare datorită producției de unicate și de serie mică.  Automatizarea suplă, reprezentând cel mai înalt nivel al automatizării programabile, se organizează pentru  producția discretă în loturi, în celule de fabricație controlate și conduse de calculator și deservite de unul sau mai mulți roboți industriali. S-a ajuns astfel, prin introducerea manipulatoarelor și a roboților industriali, la transformarea sistemelor de producție de la sisteme om-mașină la sisteme om-robot-mașină. Această transformare conduce la eliberarea muncitorilor de la prestarea unor munci periculoase sau lipsite deconfort.

Robotul industrial folosit în procesele de fabricație este un înlocuitor al omului, putândînlocui, la actualul nivel tehnologic, funcțiile mâinilor, fiind incapabil să aibă picioare. Cuvântul ,,robot” are astăzi aproape un secol de viață apărând pentru prima dată în piesaR.U.R.(Robotul Universal al lui Rossum), scrisă de către un dramaturg ceh. Karel și folosit pe plan internațional din anul 1923, când lucrarea menționata a fost tradusă în limba engleză. Termenul derobotică a fost inventat de Isaac Asimov, unul din marii scriitori de literature științifico fantastică. 

Acest scriitor a utilizat pentru prima dată cuvântul ,,robotică” în anul 1942, în povestirea Runaround, în care stabilește de la început ,,cele trei principii ale unui robot”. Aceste trei principii, enunțate de către Asimov, sunt :

– Un robot nu poate leza o ființă umană sau nu poate asista inactiv la o primejdie în care esteimplicată o ființă umană ;

– Un robot trebuie să se supună comenzilor date lui de către ființele umane, cu excepția acelora care nu respectă primul principiu ;

  – Un robot trebuie să se protejeze pe sine însuși de la vătămări, cu excepția cazurilor în care s-ar încălca primele două principii ;

 În prezent, prin alăturarea adjectivului ,,industrial”, noul termen ,,robot industrial” are osemnificație foarte bine definită in limbajul industrial.

1.3 Scopul si functiile unui robot industrial

La proiectarea, realizarea, dezvoltarea și implementarea roboților industriali se urmărește cu precădere:

mărirea eficienței acțiunilor externe, realizate de operatorul uman, asupra mediilor tehnologice prin creșterea vitezei și preciziei de execuție;

înlocuirea operatorilor umani care execută operații simple repetitive sau care lucrează in medii austere (căldură, frig, lumină, intuneric, vibrații, zgomote) precum si in medii nocive (cu radiații, poluate).

manipulare de piese, dispozitive sau scule în poziții și orientări diverse;

asamblare de produse sau subasamble ale acestora prin asezare si fixare;

de actiune directa prin apucare-eliberare si prin operatii tehnologice( de sudare, de vopsire, de control) asupra obiectelor, sculelor, dispozitivelor si instrumentelor din mediu de operare al robotului;

1.4 Structura funcțională a roboților industriali

Roboții industriali pot fi considerați ca hipersisteme mecatronice complexe (figura 1), compuse din următoarele părți principale:

sistemul mecanic, care realizează mișcarea dorită a obiectului manipulat prin acționare în sau asupra mediului de operare;

sistemul de acționare cu funcția de a pune în mișcare cuplele cinematice ale sistemului mecanic prin intermediul unor subsisteme de antrenare cu motoare legate la sursa de energie;

sistemul senzorial prin care se culeg informații privind valorile parametrilor interni care descriu starea sistemului robotului industrial, precum și valorile parametrilor externi asociați spațiului de operare și/sau sistemului perirobot;

sistemul de conducere procesează informațiile primite de la sursa de informație (operatorul uman, sisteme de conducere similare și superioare) și/sau de la sistemul senzorial.

Traductorii și aparatele de măsură preia informații despre starea internă a robotului, adică deplasări, viteze, accelerații relative, debite, presiuni, temperaturi.

Figura 1 Sistemele unui robot industrial

1.5 Sistemele mecanice ale robotilor industriali

Mișcarea punctului caracteristic, asociat unui obiect manipulat, pe traiectorie între două puncte succesive de pe aceasta, se poate descompune în două secvențe:

poziționarea în punctul al doilea, fără modificarea orientării;

orientarea, care presupune rotirea în jurul punctului caracteristic, considerat fix.

Mecanismul de ghidare contribuie la realizarea funcției de generare de traiectorii prin poziționarea succesivă în spațiu a punctului caracteristic, precum și a funcției de orientare continuă a dreptei caracteristice. Pornind de la aceste funcții, mecanismul de ghidare poate fi cu structură compactă sau se poate descompune în două mecanisme distincte:

unul de orientare – cu funcția de orientare în spațiu a efectorului;

și celălalt de poziționare – pentru deplasarea în spațiu a mecanismului de orientare solidarizat cu dispozitivul de prehensiune.

Figura 2 Structura sistemelor mecanice ale robotilor

Pornind de la funcția principală de manipulare (poziționare și orientare) a unui obiect într-un spațiu de operare dat, sistemul mecanic se compune din următoarele părți principale: mecanismul de ghidare, dispozitivul efector și, uneori, dispozitivul de complianță (figura 2).

1.3 Clasificarea robotilor

Capitoul 2 Robot de tip gantry

2.1 Introducere

Robotul este un sistem automatizat de inalt nivel capabil sa indeplineasca obiecte si scule in scopul suplinirii unor activitati umane. Realizarea si implementarea aplicatiilor necesita cunostinte din domenii diverse ( mecanica, hidraulica, electrotehnica, electronica si informatica).

Robotul  este un sistem mecatronic mobil, destinat automatizării interacțiunii omului cu mediul în care evoluează. Denumirea de “robot” a fost folosită prima data de scriitorul cehKarel Čapek în piesa de teatru "Roboții universali ai lui Rossum", 1920. Cuvântul "robot "este de origine slavă și definește o muncă executată forțat.

Un robot de tip gantry este un stil modificat de robot cartezian, folosind două axe X fata de robotul cartezian care are numa o axa de bază. Axa X suplimentar permite robotului să se ocupe de sarcini și forțele mari, ceea ce le face ideale pentru alege și locul de incarcaturi grele sau părți de încărcare și descărcare. Fiecare axă se bazează pe un actuator liniar, indiferent dacă este un dispozitiv de acționare, asamblate prin integrator, sau un actuator pre-asamblat de la o companie de mișcare liniară. Acest lucru înseamnă că există opțiuni aproape nelimitate pentru a permite orice combinație de viteze mari și precizie de poziționare buna. 

Roboți de tip gantry sunt de obicei montate deasupra zonei de lucru , dar dacă o parte nu este adecvat pentru manipularea de sus, așa cum este cazul cu celule solare și module, brațul articulat poate fi configurat să lucreze dinpartea de jos. Și în timp ce roboții portal sunt de obicei gandit ca sisteme foarte mari, ele sunt, de asemenea, potrivite pentru, masini, chiar-desktop de dimensiuni mai mici.

Deoarece un robot portal are două axe X, sau baze, sarcina momentul prezentat de axele Y și Z, precum sarcina utilă de lucru, sunt rezolvate ca forțe de pe axele X. Acest lucru crește semnificativ rigiditatea sistemului, și în majoritatea cazurilor permite axele să aibă lungimi de cursă mai lungi si viteze mai mari decât un robot cartezian similară.

Atunci când există două axe în paralel, este comun pentru doar una dintre ele să fie conduse de motor, în scopul de a preveni legarea care ar putea rezulta mișcare între cele două neuniforme. Pentru a conduce ambele axe de baza X se leaga un arbore sau un cuplu de legatura pentru a transfera puterea unui singur motor la cele 2 axe. Și, în unele cazuri, a doua axă poate fi un "leneș" sau urmaș, constând dintr-un ghid linear pentru a oferi sprijin pentru sarcina, dar nici un mecanism de antrenare. Decizia dacă și cum să conducă doua axă depinde de distanța dintre cele două axe, rata de accelerare, rigiditatea si legătura între ele. Conducerea doar unuia dintr-o pereche de axe de asemenea, reduce costul și complexitatea sistemului.

Din cauza structurii lor usor, rigid, robotii portal sunt foarte precise si repetabile. Cele mai multe din robotii portal sunt configurabile.

Robotul portal poate fi utilizat pentru a pastra si pozitiona o varietate de efectori finali cum ar fi cele utilizate in: asamblare PC Board, distribuirea, pulverizare, manipularea materialelor, paletizare, sudarea prin frecare, asamblare, ambalare , sortare, scanare descarcare.

Figura 2 Robot cartezian

Figura 2.1 Robot gantry

2.2 STRUCTURA ROBOTULUI

2.2.3 Structura modulară a roboților

Construcția modulară este caracterizată prin:

Structură sistematică care este compusă dintr-un grup de sisteme și dispozitive care formează cuple cinematice conducătoare. Structura sistemică prezintă avantajul că furnizează informațiile necesare pentru analiza cinematică și dinamică a sistemelor de acționare și mecanic ale robotului. Ea prezintă dezavantajul, că nu reflectă decât parțial funcțiile sistemelor de rang inferior robotului și particularitățile constructive ale acestora.

Structura funcțional-constructivă sau structură modulară este cu dispozitive de ghidare cu topologie serială pentru a evidenția proprietățile funcționale și constructive ale roboților (modul de robot).

Modul al unui robot, este un subansamblu care este corelat cu una sau mai multe cuple cinematice ale dispozitivului de ghidare și cu efectorul final. Modulul de robot corelat cu cupla cinematică conducătoare are părțile "fixe" ale sistemului de acționare aferent cuplei cinematice conducătoare și traductoarelor / senzorilor, solidarizate cu structura de rezistență a unuia dintre elemente (i sau i+1). Legătura dintre două module vecine se realizează prin intermediul structurii de rezistență a elementului i. În acest mod, întregul robot cu dispozitivul de ghidare în topologie serială este de fapt constituit din "legarea în serie" a unui număr de module.

Modulul de orientare al unui robot se corelează cu toate cuplele cinematice ale mecanismului de orientare, conținând de atâtea ori componentele enumerate pentru modulul corelat cu o singură cuplă cinematică conducătoare, câte cuple cinematice conducătoare are mecanismul de orientare.

2.3 Roboti de tip gantry in aplicatii industriale

Figura 2.4 Mașină de paletizat cu robot tip pod rulant

Masinile de paletizat cu robot tip gantry sunt roboti cu coordonate liniare sau carteziene (XYZ) pentru aplicatii de ridicare si plasare. Xele aluneca liniar in raport cu celalalte, fara sa se roteasca asemenea bratului robotic.

Spatii mari de lucru pot fi acoperite cu o precizie mare de pozitionare. Constructia tip portal asigura rigiditatea necesara, economisind mai mult spatiu pe podea, decat un brat robotic. Bratele de prindere ce pot fi inlocuite fac acest tip de robot capabil sa manipuleze sarcini de diferite tipuri.

Figura 2.5 SMR 10

SMR 10 constă dintr-un manipulator montat pe un sistem aeriene care permite deplasarea peste un plan orizontal. E un motor servo operat 4 – axe portal robotul,macara deopotrivă aeriene care se deplasează X, Y, Z axa cu viteză maximă de aproximativ 300 m / min, si pentru a maximiza debitul de la punctul A la B. În plus SMR10 este capabil de încărcare si descărcare a elemente de coeziune pe loc conceput subcontrol imaculat, cu invertor de calitate și motoare servo, care păstrează performantele sale stabile si exacte.

Avantaje:

Preluare și depozitare în aceeai zonă care oferă flexibilitate.

Manere sarcini mari si grele, precum si pentru mici bunuri si de lumină.

Maxima în cules de transfer.

Fiabil si usor de intretinut.

Figura 2.6 F9800N

F9800N industriale robot are un sistem automat de zona de debitare si trebuie să fie susinute de suporturi principale si mers în gol de pe fiecare parte a masinii. Acestea sprijină, de asemenea înăltimea robotului. Robotul cartezian în linie opereaza de mai sus cererea de dozaresi prin urmare, este potrivit ca este un robot de asamblare pentru benzi transportoare si celule de lucru. Robotul de dozare este disponibil în 3 si 4 axe modele.

Caracteristici:

Zona de lucru de 31.49 "x 23.62" (800 x 600mm);

Cartezian-portal de constructie cu propunere de axa de mai sus fac obiectul;

Proiectat pentru linia de asamblare si Operatiuni de rotatie;

Unitătile digitale cu bile Servo controlate cu surub;

Mai multe porturi I / O pentru integrarea maini, utilaje si banda transportoare;

Disponibil în modele de trei si patru axe;

Propunere de cale continuă pentru eliberarea perfectă XYZ• interpolează linii sau arce

de trei-dimensională de distribuire;  

2.3.1 Roboti de tip gantry cu actionare pe baza de surub cu bile

Figura 2.7 Gantry seria 3, model 027, prezentat cu optionala de 500 mm portal

Acest tip de robot are urmatoarele caracteristici:

Miscari foarte precise si longevice datorita preciziei laminate suruburilor cu bile;

Suprafata de lucru fix pentru dispozitivele de prindere usoara, incarcare descarcare a pieselor;

Limitatoare instalate la ambele capete pentru a proteja componentele masinii;

Componente de calitate pentru intretinere;

Figura 2.8 L70 Series 3-Axis X-Y-Z

Configurația din imaginea de mai sus include patru elemente de acționare cu șurub L70 minge. Nu sunt necesare suporturi de montare atunci când montarea unui dispozitiv de acționare L70 la sine. Servo SmartMotor ™ au o opțiune de mod Urmareste ceea ce va permite un Master și Slave axa.

Figura 2.9 HLD60 with L70 3-Axis System

Configurația din imaginea de mai sus include două actuatoare HLD – una cu o singură șină externă și una de acționare HLD cu șine externe gemene. Cleme tep sunt disponibile pentru montarea de acționare HLD împreună. În această imagine, există două dimensiuni diferite de cleme tep utilizate.

Figura 2.10 AGS1000 Gantry System

Seria AGS1000 sistemelor carteziene pune tehnologii de bază Aeroteh și capacitatea de producție extinse de a lucra pentru tine, oferind performanțe deosebite și versatilitate într-o gamă largă de platforme de automatizare. Sistemele AGS1000 sunt proiectate pentru aplicații, inclusiv de mare viteză pick-and-loc, montaj automat, inspecție viziune, stații de distribuție și de control de înaltă precizie. AGS1000 se bazează pe industria de lider AGS10000 portal, și păstrează multe din aceleași caracteristici de vârf.

Figura 2.11 Robot de tip gantry Bahr

Sisteme rapide, precise și repetabile de poziționare care îmbunătățesc productivitatea, sistemele de poziționare Bahr sunt sisteme modulare, flexibile realizate cu profile de aluminiu, rezistent la uzura autoportante.

Capitolul 3 Dezvoltarea competitiva a conceptului

3.1 Prezentarea variantelor constructive

Figura 3 Sistem modular de tip gantry XYZ

Prima varianta de robot include ghidaje liniare cu precizie prelucrate, sina cu inele de rulare din otel integrate, precum si suruburile cu bile. Acest sintem mecanic ofera precizie de pozitionare si repetablitate, intr-un sistem durabil adaptat pentru taiere, ravura, frezare, distribuire si inspectie.

Figura 3.1 TH-206H-2012 robot de xy fixata cu șurub

In a doua varianta Robotul de tip gantry este de putere mare si sunt construite pentru durabilitate si inalta performanta. Robotul ofera o functionare fiabila cu repetabilitate excelenta pentru aplicarea precisa a adezivilor, garnituri lichide, rasini si materiale uv in multe procese de ansamblare si fabricatie. Construcția cartezian-Gantry acestor roboti industriali permite integrarea usoara cu produsele transportoare automatizate existente.

Figura 3.2 Heiz CNC

In a treia varianta este realizat o masina cnc de tip gantry care ofera o buna executie, rigiditate si precizie. Sunt adecvate pentru prelucrarea de panouri, lemn, plastic, compozite, spume si rasini. Interpolarea mișcările 3 axe simultan este netedă și stabilă, armonios, masina este corectă și oferă repetabilitate buna, permite prelucrarea de mare viteză a panourilor industriale și cu investiții foarte mici.

3.2 Prima etapa – Identificarea cerintelor

In figura 3.3 sunt stabilite cerintele clientului. VOC ( vocea clientului) reprezinta procesul prin care sunt exprimate nevoile, cerintele, si preferintele clientului legate de robot.

Figura 3.3 Vocea clientului (VOC)

Procesul de analiza ierarhica afiseaza importanta fiecarei cerinte din grupul sau in functie de celelalte cerinte . Pe diagonala se va trece nivelul de importanta pentru fiecare pereche de cerinte. Dupa terminarea matricei triunghiulare de completat , rezultatul poate fi vazut in figura 3.4.

Figura 3.4 Procesul de analiza ierarhica ( metoda AHP)

Dupa completarea matricei de comparatie AHP, in figura 3.5 sunt evidentiate importanta finala a fiecarei cerinte.

Figura 3.5 Importanta finala a cerintelor

In figura 3.6 caracteristicile tehnice ale produsului CTQs repezinta parametri de calitate care se raporteaza la cerintele clientului. Caracteristicile din figura de mai jos sunt importante pentru realizarea calitatii produsului.

Figura 3.6 Caracteristicile tehnice de calitate ale produsului

In figura 3.7 sunt reprezentate importanta fiecarei cerinte a clientului si poarta denumirea de prioritizarea vocii clientului. Din calcule reiese faptul ca cele mai importante caracteristici sunt: precizie ridicata, realizarea unui numar mare de operatii, usor de utilizat si usor de intretinut.

Figura 3.7 Prioritizarea vocii cientului

Figura 3.8 reprezinta modul in care cele 3 variante de roboti, robot tip gantry, TH-206H-2012 si Heiz CNC pot satisface fiecare cerinta a clientului. In urma analizei, indicele de satisfactie pentru fiecare dintre roboti va fi: 82.3%, 75,8 %, 64,8% prin urmare robotul TH-206H-2012 satisface cel mai bine cerintele clientului.

Figura 3.8 Benchmarking comparativ cu cerintele clientului

Figura 3.9 Definirea caracteristicilor de calitate a produsului

Figura 3.9 reprezinta definirea caracteristicilor de calitate a produsului. In figura se specifica unitatea de masura, standardul si tipul de date. Acestea se optimizeaza pentru a arata importanta lor: minima , exacta sau maxima. Valorile ideale si marginale sunt specificate in dreptul fiecarei cerinte.

Figura 3.10 QFD1

Figura 3.10 reprezinta metoda QFD1 care ne arata corelatiile dintre cerintele clientului si caracteristicile tehnice de calitate contribuid la imbunatatirea cerinteleor. Corelatia puternica este cota cu 9, corelatia medie este cotata cu 3, cea ma mica corelatie e cotata cu 1 iar cu nici o corelatie este cotata cu 0.

Figura 3.11 Benchmarking comparativ cu caracteristicile tehinice

Figura 3.11 Benchmarking comparativ cu caracteristicile tehnie ne arata in ce masura caracteristicile tenice de calitate precum si importanta acestora sunt atinse de fiecare dintre cele 3 variante.

In figura 3.12 este reprezentat modul de imbunatatire unei caracteristici ce influenteaza celalalte caracteristici. Deasupra diagonalei se gasesc efectele fiecarei caracteristici in functie de celalalte. Acestea sunt: efect negativ, posibil efect negativ, nici un efect, posibil efect pozitiv si efect pozitiv.

Figura 3.12 Matricea de interactiune a caracteristicilor tehnice

3.3 Etapa 2 – Proiectare

Figura 3.13 Analiza relatiei dintre functii si caracteristicile tehnice

Figura 3.14 Analiza functionala

Figura 3.15 Metoda QFD1

Metoda QFD1 din figura 3.15 ne arata corelatia dintre cerintele clientului si functiile produsului.

Dupa ce am aplicat QFD a caracteristicilor tehnice relativ la functi din figura 3.12 , comparam robotul nostru cu alti 2 roboti asemanatori pe care i-am selectat. Aceasta comparatie se face pe baza functiilor. Punctul de vedere evidentiat in detaliu este in figura 3.16.

Figura 3.16 Analiza QFD detaliata a caracteristicilor tehnice relativ la functii

Figura 3.17 Metoda QFD2

Metoda QFD2 din figura 3.17 arata masura in care o capacitate tehnica de calitate reprezinta o masura pentru o anumita functie.

Matricea de evaluare a conceptelor figura 3.18 este legata de optimizarea proiectarii si face corelarea dintre functii si elemente constructive. Aceste criterii care vor defini produsul trebuie sa fie in stransa legatura cu cerintele clientului, da de asemenea, trebuie sa surprinda si sa aiba un impact puternic care va starni curiozitatea cumparatorului.

Figura 3.18 Matricea de evaluare a conceptelor

Matricea de interactiune a functiilor reprezinta modul in care o functie le influenteaza pe celalalte figura 3.19.

Figura 3.19 Matricea de interactiune a functiilor

Etapa 3 – Obtimizarea

Figura 3.20 Elemente de proiectare

Toate elementele care sunt in figura 3.20 sunt componetele produsului pentru asamblare.

Figura 3.21 Analiza QFD pentru functii si elementele componente

In urma acestei analize, se observa faptul ca cele mai importante functii sunt: reglarea puterii de transmitere, sa se deplaseze pe 2 axe simultan, mentinerea unui consum redus de energie.

Figura 3.22 Costul tinta

In figura 3.22 sunt evidentiate consturile tinta de proiectare si cu ajutorul acestui table, vom sti ce component este mai importanta in termini de proiectare si prêt.

Figura 3.23 Costul tinta ale functiile robotului

Costul tinta ale functiile robotului calculeaza pe baza importantei functiilor costurilor tintei. Sedetermina limita inferioara si limita superioara a costurilor tinta. Diagrama din partea dreapta arata in ce masura costurile functiilor se afla in limita calculata.

Figura 3.24 Diagrama Costurilor componentelor tinta

Dupa ce analizam diagrama costurilor componentelelor tinta pentru fiecare elementde desing, noi trebuie sa facem acelasi lucru pentru functiile robotului , rezultatele fiind prezentate in figura 3.22.

Figura 3.25 Diagrama costurilor functiilor tinta

In figura 3.25 sunt prezentate legaturile dintre functiile cele mai importante si cele mai importante componente ale robotului de tip gantry.

Capitolul 4 Proiectarea robotului

Figura 4 Proiectarea robotului Catia V5R21

Figura 4 reprezinta asamblarea robotului, acesta a fost realizat in Catia V5R21. Partile componente ale acestuia sunt: surub cu bile, suporti de fixare, ghidaje liniare, sania mobila, roti dintate dintate conice cu dinti inclinati, baza robotului, dispozitiv de prehensiune, stalpi de sustinere si alte elemente de legatura.

4.1 Descrierea partilor componete principale

4.1.1 Surub cu bile

Surubul cu bile este un actuator liniar mecanic care transforma miscarea de rotatie in miscare liniara, la care frecarea intre flancurile piulitei si a surubului este de alunecare, iar intre spirele surubului si ale piulitei ruland in circuit inchis un numar mare de bile.

Un arbore filetat oferă o calea de rulare elicoidala pentru rulmentii cu bile, care actioneaza ca surub de precizie precum si posi posibilitatea de a aplica sau rezista la sarcini mari axiale, putand face acest lucru cu frecare internă minimă. Ele sunt făcute pentru a închide toleranțe și, prin urmare, potrivite pentru utilizarea în situații în care este necesară înaltă precizie. Pentru a menține acuratețea lor inerente și pentru a asigura viata lunga, este nevoie de mare atenție pentru a evita contaminarea cu praf și particule abrasive.

In faza proiectarii unei axe cinematice, este necesar ca selectia mecanismului surub piulita cu bile sa fie facuta avand in vedere parametrii care intervin. Pentru selectia corecta a mecanismului surub-piulita cu bile, sunt cerute a fi precizate initial urmatoarele conditii:

Orientareaa axei cinematice: orizontala, verticala, inclinata;

Valoarea masei supusă transferului: m (kg);

Jocul la reversarea sensului de mișcare (mm);

Incrementul minim de deplasare: s (mm/impuls);

Tipul motorulului de acționare: (AC, DC, motor pas cu pas, etc.);

Turația de regim a motorului: NMO (min-1)

Momentul de girație propriu al rotorului motorului: JM (kg*m2);

Rezoluția unghiulară a motorului/encoderului;

Raportul de reducere între motor și șurubul cu bile A;

Figura 4.1.1 Piulita tip RD

Piulițele cu reîntoarcerea prin deflector – tip RD (Figura 4.1.1) prezintă avantajul unei compactități ridicate. Bilele își schimbă direcția de mișcare prin intermediul unui deflector poziționat transversal în corpul piuliței, reîntor-cânduse în punctul inițial de mișcare de unde reîncep o nouă cursa în lungul spirelor șurubului.

Figura 4.1 Surub cu bile si suport piulita

`

Tabel 4.1

4.1.2 Ghidaje liniare

Ghidajele liniare de rulare cu bile sunt elemente structurale moderne de realizare a mișcărilor precise a elementelor mobile din structura mașinilor-unelte, roboților industriali și în general a instalațiilor industriale.

Dezvoltarea acestor tipuri de ghidaje a fost posibilă ca urmare a dezvoltării tehnologiilor de fabricație după anii 70, fiind intrinsec legată de apariția mașinilor-unelte și instalațiilor NC și mai târziu de dezvoltarea impetuoasă a construcției de roboți industriali.

La această oră, pe plan mondial există o ofertă tipologica foarte largă de elemente componente și subansamble pentru realizarea sistemelor de ghidare a mișcării prin rulare, la fel precum numărul foarte mare al producătorilor de asemenea elemente și sisteme, unul dintre producătorii reprezentativi fiind firma THK.

Larga aplicabilitate a ghidajelor de rulare se datorează unor avantaje majore care le diferențiază de ghidajele clasice utilizate până în anii 70-80, la care frecarea între suprafețele active a elementului fix (carcasei, batiului, etc.) și cea a elementului mobil (sanie, suport, braț, etc) era frecare de alunecare.

Dintre aceste avantaje, se menționează

randament foarte bun,

capacitate largă de încărcare,

rigiditate ridicată în toate direcțiile,

precizie de poziționare ușor de obținut, ce se menține perioade îndelungate,

posibilitatea reglării și eliminării jocului,

întreținere ușoară, cost total relativ scăzut,

compatibilitatea cu mediul.

Figura 4.1.2 Structura ghidajului liniar cu bile in colivie

Figura 4.1.2 reprezinta ghidaje liniare cu bile în colivie , bilele sunt menținute, egal distanțate pe toată lungimea șirului, de pernițele coliviei care au și un al doilea rol important și anume, acela de a depozita o cantitate suficientă de lubrifiant (vaselină) necesară ungerii fiecărei bile pe toată durata de serviciu a ghidajului.

4.1.3 Suporti de fixare lateral al surubului cu bile

Montarea suportilor de sprijin sau fix la ambele capete sunt necesare deoarece ofera o buna functionare a surubului.

4.1.4 Rulmenti radial-axial

Rulmentu este un organ de masina, componentul principal al unui lagar cu rostogolire. Acesta este compus din două inele, unul interior, iar celălalt exterior, care împreună formează calea de rulare, din corpurile de rostogolire, colivie, care are rolul de susținere a corpurilor de rostogolire, eventual și din alte elemente cu rol de asamblare sau etanșare.

Rulmenții radiali-axiali cu bile pe un rând (figura 4.1.4) sunt ansamble nedemontabile cu inele exterioare și interioare masive și cu colivii din poliamidă, tablă sau alamă. Calea de rulare a inelului interior este deplasată axial față de cea a inelului exterior pentru a realiza unghiul de contact dorit. Posibilitatea de ajustare a unghiului de contact este redusă.

Figura 4.1.4 Rulment radial-axial

4.1.5 Roti dintate conice cu dinti curbi

Angrenajul cu roți dințate conice permite transmiterea mișcării de rotație între doi

arbori care au axele concurente sau încrucișate . Cel mai frecvent este cazul particular

al angrenajelor cu axe concurente sub un unghi γ = 90 . Roțile dințate conice pot

avea dinții drepți , înclinați sau curbi . Roțile dințate conice cu dinți drepți dau

rezulatate bune până la viteza v = 2 ÷ 3 m/s . La viteze mai mari sunt recomandate

roțile dințate cu dinți înclinați sau curbi , care asigură o angrenare uniformă , zgomot

redus și o capacitate de transmitere mai mare , în condiții foarte grele de funcționare .

La angrenajele conice cu dantura inclinata sau curba, unghiul de inclinare al dintelui este variabil pe lungimea acestuia, in calculul geometric si de rezistenta utilizandu-se urmatoarele unghiuri de incinare de divizare ale danturii.

Figura4.15 Roti dintate conice cu dinti curbi

4.1.6 Dispozitiv de lucru

Figura 4.8 FCTH-20 Sistem de taiere cu laser

FCTH-20 este un sistem de poziționare liniară XY special conceput pentru aplicații de tăiere cu laser și sudura. Designul modular permite adăugarea de componente, cum ar fi fibra optica, , mese liniare de mișcare, adaptoare Robotic.

Caracteristici

Posibilitati de pozitionare independente pe axa XY;

Cuplu mare, servo motoare de current continuu fara perii;

Inalta calitate liniare, rulmenti de precizie cu bile si actionare pentru miscari precisede are viteza;

Design usor compact potrivit petru aplicatii robotizate;

4.1.7 Servomotor AC

Servomotoarele AC (figura 4.1.7) sunt de curent alternativ care incorporeaza codificatoare si sunt folosite cu controlare pentru furnizarea de feedback in bucla inchisa de control. Aceste motoare pot fi poziționate la o mai mare precizie, ceea ce înseamnă că ele pot fi controlate exact cum este necesar pentru punerea în aplicare. De multe ori servomotoare au rulmenti bune sau proiecte de toleranță mai mare, iar unele modele mai mici folosesc, de asemenea, tensiuni mai mari pentru a obține un cuplu mai mare. Servomotoare AC sunt frecvent utilizate în robotică, automatizare, utilaje CNC, și alte aplicații care necesită flexibilitate și un nivel ridicat de precizie.

Servomotoare AC împărtășesc multe specificații de performanță care se aplică la toate tipurile de motoare de curent alternativ. Pentru a dimensiona corect un motor, aceste specificații trebuie să fie adaptate în funcție de cerințele de sarcină ale aplicației.

Viteza arborelui (RPM) definește viteza cu care se rotește ax, exprimată în rotații pe minut (RPM). De obicei, viteza prevăzută de producător sunt viteza fără sarcină al arborelui de ieșire, sau viteza cu care cuplul de ieșire motorului este zero.

Cuplul este forța de rotație generată de arborele motorului. Cuplul necesar pentru motorul este determinată de caracteristicile-cuplu viteză ale diferitelor încărcături experiență în aplicația țintă.

Cuplul de pornire cuplul necesar la pornirea motorului, care este de obicei mai mare decât cuplul continuă.

Cuplul continuă – Capacitatea cuplului de ieșire al motorului, în condiții de funcționare constante.

Cai putere – puterea mecanică a motorului la viteza nominală și tensiunea, exprimată în cai putere (CP). Putere este produsul vitezei arborelui și cuplu, și este folosit ca un indicator al producției de lucru a motorului.

Eficiența – Eficiența motorului indică procentul de energie electrică de intrare, care este convertită în energie mecanică de ieșire. Compararea a două motoare cu același cai putere, cel cu o eficiență mai mare va consuma mai puțină energie.

Figura 4.1.8 Servomotor AC

4.1.8 Alte elemente pentru proiectare proiectului sunt:

– stalpi de sustinere pentru baza robotului ;

– un reductor pentru trasmiterea miscarilor la cele 2 module cu un singur reductor ;

– sania mobila a fiecarui modul precum si placi de prindere;

– baza robotului pentru fiecare modul precum si capetele acestora;

4.2 Date tehnice

Figura 4.2.1 Element de ghidare

Tabel 4.2.1

Figura 4.2.3 Suport de fixare laterat

Tabelul 4.2.3

Figura 4.3.3 Suport de sprijin lateral

Tabel 4.4

Figura 4.2.4 Alegerea rulmentilor pentru suport surub ( brat 1)

Figura 4.2.5 Alegerea rulmentilor pentru suport surub ( brat 2 si brat 3)

Figura 4.2.6 Alegerea rotii dintate si tabelul de componeta