Robot Industrial de Manipulare In Configuratia Granty cu Sase Grade de Libertate

Tema proiectului:

Robot industrial de manipulare In configuraȚie gantry

CU Șase grade de libertate

Lucrarea de față prezintă proiectarea unui robot industrial cu șase grade de libertate, în configurație GANTRY, utilizand module standardizate.

Robotul v-a avea urmatoarele caracteristici tehnice :

Numar grade de libertate: – 6

Robot Gantry TTT

Cursa maxima :

– axa X – 4.0 m

– axa Y – 2,0 m

– axa Z – 1,5 m

Capacitatea portanta : 30 kg

Viteza maxima : 2 m/s

Precizia de pozitionare : ± 0,2 mm

Volumul de lucru – 12 mc

Modul orientare RRR

Capacitate portanta : 0.5 kg

Extensie pe fiecare articulatie:

ΦM1=φt=360°

ΦM2=φp=120°

ΦM3t=φw=360°

Capitolul 1

1.1. Aspecte privind manipularea robotizata a materialelor

Manipularea robotizată a materialelor este una dintre cele mai întâlnite aplicații industriale ale roboților. Aceasta se realizează de regulă cu roboți industriali de tip „pick-and-place” sau cu manipulatoare relativ simple.

Utilizarea roboților industriali în manipularea materialelor conduce la reducerea costurilor cu forța de muncă, precum și la înlocuirea operatorilor umani în cadrul sarcinilor de lucru cu un grad ridicat de periculozitate sau rutină. De asemenea, manipularea robotizată are ca efect reducerea deteriorărilor pieselor pe parcursul operației de manipulare în comparație cu varianta clasică în care sunt implicați operatori umani.

1.1.1.Manipularea materialelor

Manipularea materialelor este o operație relativ complexă și se referă la utilizarea metodei potrivite de manipulare pentru a furniza în condiții de siguranță cantitatea potrivită din materialul necesar în orientarea, în poziția și în condițiile specificate, la momentul potrivit și cu costuri cât mai reduse. Din această perspectivă, putem afirma că manipularea materialelor este mai mult decât simpla manipulare a unui material dint-o locație în altă locație.

Sistemele de manipulare a materialelor constau din trei sub-sisteme principale: sub-sistemul de transfer al materialelor dintr-o locație în altă locație cu respectarea unor specificații de proces, sub-sistemul de stocare al materialelor și sub-sistemul de control al materialelor. Pentru manipularea materialelor pot fi puse în operă diverse soluții. Alegerea uneia sau alteia dintre alternativele posibile depinde a concluziile studiului de fezabilitate tehnico-economică. În cadrul sistemelor de manipulare robotizată a materialelor, roboții industriali sunt integrați pentru a asigura preluarea materialelor dintr-o locație, pentru a le transfera într-o altă locație și apoi pentru a le elibera în locația respectivă. Această operație este cunoscută în literatura de specialitate sub denumirea de „pick-and- place”.

Întregul proces trebuie să se deruleze cu respectarea unor specificații care se referă la timpi de lucru, la siguranță și la calitate. Din perspectiva celor menționate mai sus, putem considera ca fiind sarcini de lucru pentru manipularea materialelor aplicațiile industriale în care roboții alimentează diverse mașini și echipamente de proces, poziționează o componentă pe o linie de montaj, transferă o piesă dintr-un loc în altul

ș.a.m.d. Aplicațiile industriale în care robotul manipulează o sculă de lucru nu fac parte din categoria aplicațiilor de manipulare a materialelor (ex. sudarea în puncte, vopsirea).

1.1.2. Ecuația manipulării materialelor

În proiectarea oricărui sistem de manipulare a materialelor trebuie ținut cont de așa numita „ecuație a manipulării materialelor”. Această ecuație este de fapt un cadru de luare a deciziilor. În acest sens, există o serie de pași de urmat.

Primul pas trebuie să răspundă la întrebarea „Ce obiect manipulăm?” Din această perspectivă trebuie să colectăm date referitoare la:

a) caracteristicile geometrice, de masă și de material;

b) cantitatea de manipulat.

Al doilea pas trebuie să răspundă la întrebarea „Unde și când trebuie transferat obiectul?” În acest sens, trebuie definite foarte clar următoarele:

a) sursa și destinația (prin poziție și orientare);

b) timpul de transfer.

Al treilea pas trebuie să răspundă la întrebarea „Cum și cu ce efectuăm operația de transfer?” Pentru aceasta trebuie să definim următoarele:

a) caracteristicile operației de transfer (traiectorie, viteză, forță de strângere în efectorul final, orientare pe traseu etc.);

b) caracteristicile de precizie ale echipamentelor care efectuează operația de transfer;

c) caracteristicile de capacitate portantă, spațiu de lucru și viteză ale echipamentelor;

d) sistemul logistic intermediar (variante posibile);

e) restricțiile fizice în spațiul de lucru și caracteristicile de dexteritate ale echipamentelor care efectuează operația de transfer;

f) necesarul de forță de muncă (dacă este necesar).

În conformitate cu ecuația manipulării materialelor, pentru a proiecta un sistem de manipulare a materialelor trebuie ca la început să fie definită aplicația, apoi trebuie identificate și analizate cerințele aplicației, după care trebuie generate soluții alternative, iar apoi trebuie evaluate alternativele și în final selectată varianta cea mai bună din setul analizata.

2.1. Aspecte privind robotii industriali

În productia de bunuri materiale, indiferent de felul acesteia, de la aparatura electronica sau unelte, la masini si instalatii , automobile si multe altele, automatizarea are acelasi scop important – reducerea efortului fizic si intelectual al omului , indepartarea acestuia din locurile de munca grele, monotone sau nocive, astfel incat acesta sa devina disponibil unei alte munci ce reclama un aport mai mare de inteligenta si participare creativa.

Ținând seama ca in cadrul unor subsisteme productive cea mai mare parte a actiunilor este desfasurata de masinile si instalatiile, de aparatele sau instrumentele ce le compun, acele actiuni pe care numai mana omului le poate face: de a manipula obiectul supus procesului, de a manevra o scula, un instrument, de a efectua o anumita operatie cu dexteritate sporita, nu pot fi automatizate decat cu ajutorul robotilor.

Pornind de la această necesitate omul si-a fabricat ,,inlocuitori mecanici`" – robotii , pe care i-a trimis in locul sau. Robotul nu oboseste, robotul nu se imbolnaveste, robotul nu lipseste, si la cazul ipotetic – robotul nu greseste si nu se strica. Din aceste cateva cuvinte simbolice se desprind cele doua mari avantaje ale introducerii robotilor : cresterea productivitatii proceselor de fabricatie si a gradului de calitate.

Un al treilea avantaj, la fel de important, este acela de a putea indeparta omul de locurile de munca cu nocivitate ridicata sau grad de pericol sporit.

Dar robotizarea inseamna in primul rand informatizare si cibernetizare si mai inseamna conducerea automata in timp real a proceselor. De fapt, pe scara evolutiei tehnicii, robotizarea a fost posibila ca urmare a progreselor uriase facute de omenire in domeniul electronicii, a microelectronicii si a informaticii.

Superioritatea robotilor industriali in sistemele de productie consta in marea lor flexibilitate, in domeniul larg al miscarilor de lucru, in posibilitatea executarii unor opera]ii avand un caracter divers.

Cu toată marea lor varietate, roboții industriali prezintă o aceeași structură generală de bază, în sensul că sunt constituiți din aceleași subsisteme, acestea fiind: sistemul cinematic, sistemul de acționare, sistemul de comandă-programare și sistemul de senzori și traductoare.(fig. 1.1).

Dacă antropomorfismul constructiv este un element facultativ, regăsindu-se numai la o parte din tipurile de roboți industriali, antropomorfismul structural este de neevitat, astfel sistemul de comandă-programare având rolul creierului și a sistemului nervos uman, sistemul de acționare având rolul celui muscular al omului, sistemul cinematic fiind echivalent sistemului osos iar sistemul senzorial având ca echivalent pe cel senzorial al omului: pipăit, văz, auz, etc.

Aceste patru subsisteme se află între ele într-o anumită scară ierarhică după influen]a reciprocă relativă și după compatibilitatea lor, (fig. 1.2.), ordinea în care se influen]ează fiind: cinematică, comandă, acționare și măsurare, iar ordinea de compatibilitate fiind inversă.

Figura 1.2. Ierarhizarea și influența subsistemelor componente ale unui robot industrial.

Influența primelor trei subsisteme asupra celui senzorial (de măsurare) este evidentă. Tipul și forma cuplei cinematice determină tipul și mărimea traductorului ce poate fi utilizat pentru măsurarea poziției sau deplasării; tipul echipamentului de comandă determină forma semnalelor ce pot fi prelucrate și interpretate, iar tipul sistemului de acționare determină posibilitțile de montare în sistem a setului de traductoare, precum si eventualele mecanisme intermediare.

Schema bloc generală a sistemului mecanic al unui robot, este prezentată în figura 1.3. în care se pot observa parametrii mecano-geometrici ai acestuia :

Dispozitivul de ghidare este ansamblul tuturor cuplelor cinematice care concură la realizarea traiectoriilor și a orientării spațiale ale obiectelor manipulate în cadrul limitelor impuse. Cu alte cuvinte, este ansamblul structurii mecano-cinematice a celor două mecanisme de bază MGT și MO.

Efectorul final este mecanismul de prindere în cazul roboților de manipulare și montaj sau este scula, instrumentul, dispozitivul, în cazul roboților care efectuează operații specifice (sudură, vopsire, polizare, sablare, etc.).

Robotul industrial, în general, operează în mediile tehnologice sub următoarele forme:

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

– de acțiune directă – prin apucare-eliberare și prin operații tehnologice (de sudare, de vopsire, de control etc.) – asupra obiectelor, sculelor, dispozitivelor și instrumentelor din mediul de operare (de lucru) al robotului;

-de manipulare – poziționare și orientare – prin deplasarea și orientarea obiectului manipulat în spațiul de operare;

-de percepție, prin culegerea de informații din mediul de operare, precum și despre propria stare;

– de comunicare, prin schimbul de informații dintre robot și operatorul uman sau cu alți "parteneri" la procesul tehnologic (mașini de lucru, alți roboți industriali);

-de decizie, în urma prelucrării tuturor informațiilor recepționate, pentru realizarea sarcinilor curente.

Structura funcțională a roboților industriali – Roboții industriali pot fi considerați ca hipersisteme mecatronice complexe, 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.

3.1. Sisteme de mișcare controlată

Un sistem de miscare controlata tipic consta dintr-un controler de miscare, antrenare mecanica sau amplificator, un motor electric si senzori feed-back. Sistemul poate sa contina de asemenea si alte componente cum ar fi una sau mai multa curele, surub bila sau alt tip de surub ghidate linear sau axial.

Un controlor de miau axial.

Un controlor de miscare astazi poate fi programata individual, un computer personal contine un card de miscare controlata sau un controler logic programabil (PLC).Toate componentele dintr-un system de miscare controlata trebuie sa lucreze impreuna pentru a asigura o performanta a functionarii selectia trebuie facute pe considerente atat ingineresti cat si economice.

Figura 1.4 ilustreaza o platforma de miscare tipica multiaxiala X-Y-Z ce include trei axe lineare necesare pentru a muta o sarcina ,un instrument sau sfarsitul efectuator exact prin trei grade de libertate.

Cu adaugarea componentelor mecanice si electromecanice pe fiecare axa rotatia tridimensionala poate oferi pana la sase grade de libertate dupa cum se vede in figura: 1.5.

Sistemele de miscare controlata astazi pot fi gasite in diverse aplicatii ca materiale pentru echipamente de manipulare centre de prelucrari mecanice , linii de process in industria chimica si farmaceutica , statii de cercetare, robotii ,masini de injectie.

3.1.2.Merite ale sistemelor electrice

Cele mai multe sisteme controlate de miscare astazi sunt alimentate de motoare electrice mai degraba decat motoare hidraulice ori pneumatice sau actuatoare datorita beneficiilor ce le ofera:

Mai multa precizie a pozitionarii sarcinii sau a instrumentelor duce la diminuarea defectelor de productie sau proces si la diminuarea costului materialelor

Schimbari rapide pentru marirea flexibilitatii si personalizarii produsului

Cresterea tranzitului de materie prima pentru cresterea eficientei si capacitatii

Sistem simplu de proiectare pentru o instalare usoara, programare, formare profesionala.

Intreruperi mici și costurile de întreținere

Operatiune mai curata, mai liniștită si fără scurgeri de ulei sau de aer.

Sistemele de miscare controlata actionate electric nu au nevoie de pompe sau compresoare de aer si nu au furtunuri sau conducte care pot da scurgeri de lichide hidraulice sau aer.

3.1.3.Clasificarea sistemelor de miscare controlata

Sistemele de miscare controlata pot fi clasificate cu bucla deschisa sau bucla inchisa. Un sistem bucla deschisa nu necesita acea masurare a variabilelor la iesire care produc semnale de corectare a erorilor ; in contrast sistemele cu bucla inchisa necesita unu sau mai multi senzori feedback care masoara si raspund la erori ale variabilelor de iesire

3.1.3.1.Sistem in bucla inchisa

Un sistem de miscare controlata cu bucla inchisa este prezentata in figura 1.6. Aceasta are una sau mai multe bucle de feedback care compara in mod continuu raspunsul sistemului, cu comenzile de intrare sau setarile de corectare a

erorilor in motor si/sau sarcina, de viteza si pozitia de incarcare sau cuplu de motor. Senzorii de feedback furnizeaza semnale electronice pentru corectarea deviatiilor de la comenzile de intrare dorite. Sistemele bucla inchisa sunt numite deasemenea sisteme servo.

Fiecare motor in sistem servo necesita proprii senzori de feedback, codificatoare de obicei, resolvere , sau tahometre care inchid bucla in jurul motorului si incarcarii.

Variatiile de viteza, pozitie si cuplu sunt de obicei cauzate de variatii in conditii de sarcina , dar schimbarile de temperatura ambianta si umiditate pot afecta deasemenea conditiile de incarcare

Variatiile de viteza, pozitie si cuplu sunt de obicei cauzate de variatii in conditii de sarcina , dar schimbari in temperatura ambianta si umiditate pot afecta deasemenea conditiile de incarcare

O bucla inchisa de viteza cum se arata in figura 1.7. de obicei contine un tahometru capabil sa detecteze schimbari in viteza motorului. Acest sensor produce semnale de eroare care sunt proportionale cu deviatiile positive sau negative ale vitezei de motor de la o valoare prestabilita. Aceste semnale sunt transmise la controlor de miscare astfel incat sa poata calcula un semnal de corectare pentru amplificator, pentru a mentine viteza motorului in cadrul unor limite prestabilite netinand cont de schimbarilor de sarcina.

O bucla control de pozitie reprezentata in figura 1.8. de obicei fiecare contine un

potentiometru sau rezolver capabil de masuratori directe sau indirecte a sarcinii de incarcare. Acesti senzori genereza semnale de eroare care sunt trimise la controlerul de miscare care produce un semnal de corectie pentru amplificator. Iesirile din amplificatory, induc marirea sau micsorarea vitezei pentru a corecta pozitia de incarcare. Cele mai multe sisteme de pozitie bucla inchisa, includ de asemenea bucla de control al vitezei.

Profilul trapezoidal al vitezei

Daca se urmareste ca un sistem de miscare controlata sa atinga usor, (neted), o miscare de mare viteza fara suprasolicitara servomotorului, controlorul de miscare trebuie sa comande amplificatorul, sa ridice viteza motorului treptat pana atinge viteza dorita, apoi scazuta treptat pana se opreste, dupa ce sarcina este completa . Aceasta pastreaza acceleratia si franarea motorului in limitele stabilite.

Profillul trapezoidal aratat in figura 1.9. este folosit pe scara larga pentru ca accelereaza viteza motorului de-a lungul unei pante liniare ascendente, pana cand viteza dorita este atinsa constant . Cand motorul este oprit, de la viteza constanta setata, profilul franarii este de forma unei rampe descendentre, pana cand motorul se opreste. Curentul amplificat si tensiunea de iesire ating valori maxime in timpul acceleratiei, apoi scad pe parcursul vitezei constante si trec la valori negative in timpul franarii.

Tehnici de control in bucla inchisa

Cea mai simpla forma de feedback este controlul proportional , dar sunt tehnici de control derivative si integrale care deasemenea pot sa compenseze anumite erori la starea de echilibru ce nu pot fi eliminate de la controlul proportional. Toate aceste trei tehnici pot fi combinate pentru a forma control proportional-integral-derivativ (PID)

In controlul proportional, semnalul ce conduce motorul sau servomotorul este direct proportional cu diferenta liniara dintre comenzile de intrare, pentru iesirile dorite si masurarea actualelor iesiri.

In control integral semnalul ce conduce motorul, este egal cu timpul integral al diferentei dintre comanda de intrare si iesire masurate efectiv.

In controlul derivative, semnalul ce conduce motorul este proportional cu timpul derivat al diferentei dintre comanda de intrare si iesire masurata efectiv

In controlul proportional-integral derivate(PID) semnalul ce conduce motorul, este egal cu suma ponderata a diferentei dintre timpul integral al diferentei, si timpul derivat al diferentei intre comanda de intrare si iesire masurata efectiv.

Sistem in bucla deschisa

Un exemplu tipic de sistem de miscare controlata bucla deschisa include un step motor cu indexer programabil sau generator de puls si conducator de motor dupa cum se vede on figura 1.10. Acest sistem nu are nevoie de senzori de feedback deoarece pozitia de incarcare si viteza sunt controlate de un numar determinat si directii ale pulsurilor digitale de intrare trimise la conducatorul de la

motor la controlor. Deoarece pozitia de intrare nu este esantionata continuu de un sensor de feedback (la fel ca la un servosistem in bucla inchisa), precizia pozitiei de intrare este mai mica si pozitia erorilor acumulate in timp (numite “erori de pas)”. Din acesta motive sistemul in bucla deschisa sunt adesea specificate in aplicatii unde incarcarea ramane constanta, miscarea este simpla si viteza mica de pozitionare este acceptabila.

Categorii de miscare controlata

Exista cinci tipuri diferite de miscare controlata :punct la punct, succesiune, viteza, cuplu, si incremental.

In miscarea controlata punct la punct incarcarea este mutata intre secvente a pozitiilor numerice definite unde este oprita inainte de a fi mutate la pozitia urmatoare . Aceasta se face la o viteza constanta ,cu ambele viteza si distanta monitorizate de controlorul de miscare. Pozitionarea punct la punct poate fi performanta intr-un sistem cu o axa sau multiaxial cu servomotor in bucla inchisa sau step motor in bucla deschisa.

Controlul succesiv este controlul a unor astfel de functii ca deschidere si inchidere de supape intr-o succesiune presetata sau de pornire si oprirea unei benzi transportoare la statii specifice in ordine specifice.

Controlul de viteza este controlul la viteza la motor sau servomotor in sistem.

Controlul de cuplu este controlul de curent la motor sau servomotor, deci acest cuplu ramane constant in ciuda schimbarilor de sarcina.

Controlul de miscare incremental este controlulul simultan a doua sau mai multe variabile cum ar fi locatia de incarcare, viteza motorului sau cuplu.

Capitolul 2

PREZENTAREA ROBOTULUI GANTRY

Prezenta lucrare își propune realizarea unui robot industrial pentru manipularea și paletizarea automată a materialelor, robot ce are șase grade de libertate: trei grade de tranzlație (T T T), obținute de un robot cartezian în construcție modulară și trei grade de rotație (R R R) realizate de un modul de orientare, robot care are la baza ideea folosirii unor programe complete de tipizare constructiva si modularizare a acestora.

Sistemul modular de constructie permite stabilirea structurii optime a robotului pentru numarul de grade de libertate strict necesar problemei date, utilizand numai acele module care determina lantul cinematic generator de traiectorie si lantul cinematic de orientare in configuratie minimala. In acest fel gradul de utilizare a fiecarui modul creste, fapt ce atrage reducerea pretului de cost a robotului. Intr-un sistem robotic modular, fiecarui modul component ii revine un anumit rol legat de tipul miscarii ce il pote realiza, de marimea cursei utile sau a sarcinii utile. Structura cinematica minimala asigura o fiabilitate crescuta si o precizie de pozitionare sporita. precum si simplificarea modului de intocmire a programelor de operare.

Soluția adoptată se pretează la manipularea, transportul și paletizarea placilor de parchet de mari dimensiuni din lenm natur ,fag sau stejar necesare pentru realizarea pardoselelor, în spațiul secției de ambalare a SC TERAPLAST SA Bistrița,

Societate care se ocupa

Parchetul de mari dimensiuni castiga din ce in ce mai mult teren in amenajarile interioare. Parchetul clasic, de dimensiuni cat mai mici va fi inlocuit cu cel de mari dimensiuni, tendinta care se manifesta in Vestul Europei si care a inceput sa fie vizibila si pe piata romaneasca.

Parchetul de dimensiuni mari se aseamana cu podelele din fostele case taranesti, dar in prezent placile de parchet ofera un plus de finisaj si culori variate.

Potrivit producatorilor de parchet, occidentalii au un cult al obiectelor vechi si prefera parchetul din bucati mari care sa sugereze ideea unei case de la sfarsitul secolului XIX.

In momentul de fata , firma respectiva produce atat pe plan intern cat si pentru export placi de parchet de mari dimensiuni avand caracteristicile: L=450÷1000 mm, g=13÷15 mm, l=900 mm. Luand in consideratie faptul ca efectorul final al robotului va trebui dimensionat la sarcina maxima de transportare si paletizare, am luat in considerare dimensiunile maximale ale placii de parchet L=1000 mm, g=15 mm, i=900 mm percum si densitatea maxima a materialului folosit (stejar-ρ=0.00047 g/mm3) rezultand ca o placa are masa de 500 g.

Studiu asupra unor solutii existente si observatii in raport cu cerintele temei

Dezvoltarea conceptiei, fabricatiei si utilizarii robotilor industriali a condus intre altele la elaborarea unor programe complete de tipizare constructiva si modularizare a acestora, o serie de firme constructoare trecand la realizarea unor tipuri de roboti industriali pe baza de module.

Conceptia modulara permite stabilirea structurii optime a robotului pentru numarul de grade de libertate strict necesar problemei date, utilizand numai acele module care determina lantul cinematic generator de traiectorie si lantul cinematic de orientare de configuratie minimala.

Dezvoltarea conceptiei, fabricatiei si utilizarii robotilor industriali a condus intre altele la elaborarea unor programe complete de tipizare constructiva si modularizare a acestora, o serie de firme constructoare trecand la realizarea unor tipuri de roboti industriali pe baza de module.

Cu aceasta gradul de utilizare al fiecarui modul creste , fapt ce atrage reducerea pretului de cost al operatiunii de manipulare. intr-un sistem robotic modular, fiecarui modul component ii revine un anumit rol legat de tipul miscarii ce il pote realiza, de marimea cursei utile sau a sarcinii utile. Pentru determinarea unei anumite structuri cinematice minimale se impune analizarea diferitelor variante si adoptarea solutiei optime pentru cazul considerat.

O structura cinematica minimala asigura pe langa fiabilitatea crescuta si o precizie de pozitionare sporita fata de varianta complexa precum si simplificarea modului de intocmire a programelor de operare.

Robotii in sistem de coordonate carteziene sunt caracterizati de :

Volumul de lucru, care este paralelipipedic si rezulta din modul de deplasare a cuplelor cinematice ale mecanismului generator de traictorie in lungul celor trei axe x, y si z ale unui sistem cartezian de coordonate.

Cuplele cinematice ale mecanismului generator de traictorie sunt cuple prismatice de tipul translatie T.

Volumul de lucru este unul din cei mai importanți parametrii funcționali ai unui robot industrial și se apreciază prin forma și dimensiunile sale. Forma volumului de lucru este în directă legătură cu tipul cuplelor cinematice (prismatice, cilindrice, sferice) din componen]a MGT, iar dimensiunile volumului de lucru sunt determinate de valoarea curselor (liniare sau unghiulare) ale elementelor mobile, precum și de locul dispunerii cuplelor cinematice pe structura robotului.

Aceasta caracteristică este una dincele mai importante, de care se ține seama la alegerea unui anumit tip de robot, pentru o anumită aplicație sau pentru un grup de aplicații practice. In funcție de forma si dimensiunile volumului de lucru, se dimensionează pe orizontală si pe verticală celulele flexibile robotizate.

Volumul de lucru reprezintă spațiul din jurul robotului în punctele căruia se poate poziționa punctul caracteristic al mecanismului de prindere. Există trei tipuri principale ale formei volumului de lucru: paralelipipedic, cilindric și sferic, acestea fiind in corelatie cu sistemul de coordonate dupa care functioneaza cuplele cinematice mobile ale MGT.

Volumul de lucru paralelipipedic rezultă din modul de deplasare a cuplelor cinematice ale MGT în lungul celor trei axe X, Y și Z ale unui sistem cartezian de coordonate (fig.1.4.).

In cazul roboților în coordonate carteziene, toate cele trei cuple cinematice ale MGT sunt cuple prismatice de tipul translație – T.

Roboții în coordonate carteziene prezintă o serie de avantaje dintre care se menționează: – volum de lucru foarte mare, în compara]ie cu volumul propriu al robotului, dacă cuplele cinematice,pe cel pu]in două axe, permit deplasări de valori mari (fig. 1.5.). Cu roboți suspendați de tip "pod rulant" se pot acoperi suprafețe utile de lucru de ordinul zecilor de metri pătrați.

In cazul roboților suspendați, accesul mâinii robotului la posturile de lucru organizate dedesubt este foarte bun, robotul putând deservi mult mai multe asemenea posturi, fără ca robotul propriu-zis și căile de ghidare să ocupe un spațiu vital productiv al secției, atelierului, etc., în care s-a implementat robotizarea.

Un alt avantaj se referă la simplitatea comenzilor de mișcare, a algoritmilor de comandă, a celor de interpolare precum și simplitatea structural-functională a echipamentului de comandă-programare și celor de interfațare.

Dintre dezavantajele roboților în coordonate carteziene se menționează:

-Accesul mâinii robotului la posturile de lucru ale mașinilor și instalațiilor este pe verticală de sus în jos și ușor oblic, fapt ce pentru unele procese tehnice este impropriu;

-Structura suspendată gen pod rulant, implică amplasarea locală (suspendată) a unora din echipamentele robotului și dificultăți în alimentarea cu energie, conexiuni electrice,depanare,etc.:

In cazul roboților suspenați înălțimea instalaților tehnoogice din aria de deplasare a robotului este limitată.

Aplicatii :

Domeniile de utilizare ale robotilor cartezieni sunt diverse, fiind capabile sa inlocuiasca factorul uman de la locurile de munca care necesita o slaba calificare, cum ar fi cele in care se desfasoara activitatile de ambalare, dar si la locurile de munca unde este necesara o inalta calificare sau specializare, de exemplu liniile de asamblare , bancurile de testare si verificare.

Cateva aplicatii ale robotilor cartezieni sunt prezentate in anexele 1 si 2. Dintre acestea amintim:

-roboti de ambalare , distributie – roboti in doua axe care pot efectua operatii de paletizare, taiere, despicare, test fixare, inspectie;

-roboti de depozitare, recuperare – roboti in trei axe care pot executa transfer de piese, selectie si pozitionare , asezare , sortare;

-roboti de transfer – roboti cartezieni in trei axe care pot monta sau manipula anumite piese de la un conveior la un alt conveior sau de la un conveior la un palet;

-roboti pentru aplicarea unor adezivi pe suprafete plane sau contur – roboti cu doua sau trei axe

-roboti pentru testarea pieselor electronice – unul sau mai multi roboti cu doua axe desfasurati de-a lungul unei benzi transportoare pe care se afla piesele respective unde cu ajutorul unor senzori pot testa piesele respective;

-roboti pentru testare planeitate, grosimi – roboti cu trei axe care cu ajutorul unor senzori pot sa verifice in mai multe puncte grosimea unor placi sa planeitatea acestora;

-roboti de ambalare si mintaj piese mici – doi sau mai multi roboti avand trei axe fiecare, pot executa operatii de ambalare sau montaj fiind pozitionati in jurul unui carusel, unul preluand operatia de la celalalt.

CONFIGURATII DE ROBOTI CARTEZIENI

CU DOUA SI TREI AXE, IN CONSTRUCTIE

MODULARA

Fig. 2.2. Configuratii modulare T.T.T.

CONFIGURATIE DE MODUL DE ORIENTARE

CU DOUA SI TREI AXE, IN CONSTRUCTIE

MODULARA

Fig. 2.2. Configuratii modulare R.R.R.

Actionarea acestor sisteme poate fi electrica sau pneumatica, solutia actionarii hidraulice nu este agreata in cazul acestora.

Ideea dezvoltarii unor familii de roboti construiti din module interschimbabile a fost apreciata de constructorii de roboti in deosebi la inceputul anilor 1980.

Inmultirea numarului aplicatiilor industriale ale robotilor si a cresterii cererii pentru acestea, a condus la dezvoltarea rapida a sectorului industrial fabricant de module tipizate, utilizate in constructia robotilor.

Dintre firmele producatoare de module tipizate sau componente, utilizate in industria robotilor pot fi amintite : Mitsubishi Electric, LinTech, Tol-o-matic, Electromate, Parker, Aerotech, MOOG, ABB, KUKA, Motoman, CAIDON, Yamaha, BOSCH, THK, Transmotec Actuators, etc., fara a avea pretentia ca am epuizat lista.

Pentru realizarea temei prezentului proiect am ales utilizarea componentelor furnizate de firma Parker, fiind unul dintre producatorii ce pun la dispozitie toata gama de module si componente necesare constructiei unui robot cartezian, impreuna cu documentatia tehnica detailata in cataloagele de produs, pe care le pun la dispozitie utilizatorilor.

– Capitolul 3.

Prezentarea solutiei adoptate pentru robotul Gantry- TTT
Prin modul tipizat al unui robot se intelege un modul din cadrul unei structuri constructiv – functionale, care constituie un subansamblu de sine statator, interschimbabil cu alte module, facand parte dintr-o serie de module tipizate si care poate fi asamblat cu alte module tipizate, in con-formitate cu cerintele utilizatorului .

Modulele lineare pot fi combinate in mai multe configuratii, de tipul cu o singura axa, cu doua axe sau cu trei axe. Optiunile de montare ofera posibilitatea instalarii sistemului pe sol, masa sau tavan.

Roboții cartezieni permit ridicarea și plasarea obiectelor ce nu necesită orientare, sau pot fi preorientate. Oricare dintre acești roboți poate fi redus la elementele constituente, și anume:

spațiu de operare

sursa de energie

sursa de informație

robotul

Fig. 3.2.1 Elemente constituente – optiuni de control

Varianta constructiva adoptata si componenta de baza a acesteia, de la care se porneste in realizarea temei este prezentata in imaginea alaturata .

Fig. 3. 2.2 Varianta constructiva – elemente de baza

Pentru constructia acestuia se vor utiliza doua module de translatie, montate rigid pe stalpi de sustinere si actionate simultan de un servomotor pentru asigurarea miscarii sincrone a saniilor in lungul axei X.

Pe saniile celor doua module sunt montate inca doua module de translatie ce vor asigura miscarea pe axa Y . Actionarea modulelor este simultana si asigurata de catre un singur servomotor. Pe modulele de translatie se vor monta limitatori de cursa.

Intre modulele de pe axa Y , pe saniile de translatie a acestora, se monteaza modulul ce asigura miscarea end -effectorui pe axa Z . Miscarea modului in lungul axei Z este realizata de catre un servomotor.

Modulele liniare utilizate sunt de tip HPLA , produse de firma Parker . Actionarea acestora este realizata prin intermediul unei curele dintate, fapt ce asigura eficienta mecanica, caracteritici dinamice foarte bune :

viteze ÷ 5m/s

incarcari pe rulmenti ÷ 1600 kg

moment de torsiune nomina – 244 Nm

forta axiala nominala ÷ 5500 N

repetabilitate ÷ ± 0,05 mm

Este silentios in functionare, simplu si rapid de asamblat , curat, mentenanta acestuia fiind usor de realizat.

Fig. 3.2.3 Modul liniar tip HPLA

Pentru tema data se alege varianta actionarii electrice a modulelor liniare.

Avantajele utilizarii actuatorilor actionati electric :

asigura un control precis al acceleratiei, vitezei, pozitiei si momentului de torsiune

acuratetea pozitionarii pentru sarcini variabile si repetabilitatea pe toata lungimea cursei

sincronizarea pe mai multe axe pentru coordonarea miscarii

programarea sau configurarea poate fi rapid facuta pentru mai multe aplicatii

abilitatea de sincronizare cu alta masina din sistem

silentios, curat si foarte eficient in operare

Miscarea in lungul axei Z este realizata cu un modul de translatie vertical de tip HZR produs de firma Parker, fiind compatibil cu modulele utilizate pentru axele X si Y.

Acesta este realizat din aluminiu ceea ce ii ofera greutate proprie mica , este actionat prin intermediul unei curele dintate fiind silentios in functionare si are urmatoarele caracteritici :

viteze ÷ 5 m/s

acceleratii ÷ 10 m/s2

forta de tractiune ÷ 2200 N

sarcina utila ÷ 150 kg

Fig. 3.2.4 Modul vertical tip HRZ

– Capitolul 3.1.

Dezvoltarea solutiei functionale

Destinatia robotului:
Aplicatii de asamblare, paletizare si manipulare a materialelor .

Descriere:

Axa X este compusa din 2 axe tip HPLA 80 antrenate sincron prin intermediul unui cuplaj mecanic, conform catalogului Linear Actuators HPLA – Parker

Axa Y este compusa din 2 axe tip HPLA 80 antrenate sincron prin intermediul unui cuplaj mecanic, conform catalogului Linear Actuators HPLA – Parker

Axa Z este de tip HZR50 , conform catalogului HZR . Z-axis with belt drive – Parker

Profilele sunt asamblate prin intermediul elementelor de legatura standardizate , puse la dispozitie de producator, conform catalogului Linear Actuators – Parker

Dimensiuni:

Gabarit: L = 4750 mm ; l = 2760 mm ; h = 3860 mm

Cursa utila: X = 4000 mm ; Y = 2000 mm ; Z = 1500 mm

Precizia de pozitionare 0,2 mm.

Comanda si actionarea:

Dulapul de automatizare este realizat cu echipamente de comanda si actionare Parker

Comanda numerica a robotului este de tip controller , iar actionarile electrice sunt echipate cu motoare cu perii cu pamanturi rare Parker – Stealth® Gearmotors cu interfata analogica.

– Capitolul 3.2.

Dimensionarea solutiilor de actionare alese

2.4.1. Dimensionarea actuatorilor HPLA 80

Miscarea pe axa X se realizeaza cu actuatorul liniar tip HPLA 80 care trebuie sa asigure o cursa utila pe axa X = 4000 mm si pentru care dimensionarea se face conform fisei de produs puse la dispozitie de catre producator.

Fig. 3.4.1 Modul HPLA 80 – Dimensionare

2.4.1.1. Calculul cursei pe axa X

C = CU + CSD + CSS + 20 mm [2, Parker – Actuatori liniari HPLA -192-580011N7 , pag.21 ]

C = Cursa [mm]

CU = Cursa utila [mm]

CU = 4000 mm

CSD = Cursa de siguranta dreapta [mm]

CSS = Cursa de siguranta stanga [mm]

Cursa de siguranta se determina din monograma functie de incarcare, forta nominala admisa si viteza de deplasare :

Fnom = 925 N [ 2, Parker – Actuatori liniari HPLA 192-580011N7 , pag.7 ]

m = 30 kg

v = 2 m/s [ 2, Parker – Actuatori liniari HPLA 192-580011N7 , pag.7 ]

Fig. 3.4.2 Diagrama pentru dimensionarea cursei de siguranta

Conform nomogramei rezulta cursa de siguranta minima : CS = 60 mm

C = 4000 + 60 + 60 + 10 = 4130 mm

2.4.1.2. Calculul lungimii totale a actuatorului pentru axa X

LTX = 164 + 250 + C + 128 [mm] [ Fig 4.1 ]

LTX = 164 + 250 + 4130 + 128 = 4662 mm

3.4.1.3. Calculul cursei pe axa Y

Miscarea pe axa Y trebuie sa asigure o cursa utila CU = 2000 mm

C = CU + CSD + CSS + 20 mm [ 2, Parker – Actuatori liniari HPLA 192-580011N7 , pag.21 ]

CU = 2000 mm

Conform nomogramei rezulta cursa de siguranta minima : CS = 60 mm

C = 2000 + 60 + 60 + 10 = 2130 mm

3.4.1.4. Calculul lungimii totale a actuatorului pentru axa Y

LTX = 164 + 250 + C + 128 [mm] [ Fig 4.1 ]

LTX = 164 + 250 + 2130 + 128 = 2672 mm

3.4.1.5. Forte si momente admisibile pentru axele X si Y

Fig. 3.4.3 Actiunea fortelor si momentelor asupra saniei

Fig. 3.4.4 Incarcarea maxima admisa a lagarelor

Fig. 3.4.5 Momentul maxim admis

Pentru viteza deplasare de 2 m/s si rolele din poliamida rezulta fortele admise :

Fz = 925 N

Fy = 300 N

Si momentele admise : Mx = 22 Nm

My = 55 Nm

Mz = 30 Nm

3.4.1.6. Calculul lungimii portcablului si suportului portcablu

Cablurile de alimentare comanda si control ale servomotoarelor se monteaza pe un portcablu ce asigura mobilitatea acestora in lungul axei pe care se realizeaza miscarea.

Fig. 3.4.6 Portcablu

Tab. 3.4.1 Tip si dimensiuni portcablu [ 2, Parker – Accesorii 192-580011N7 , pag.28 ]

Functie de lungimea cursei se alege suportul de cablu tip 2500.03.100.0

Lungimea portcablului LK se calculeaza cu relatia :

[mm] [ 2, Parker – Accesorii 192-580011N7 , pag.30 ]

Factorul K se alege tabelar :

Tab. 3.4.2 Factorul dimensional K [ 2, Parker – Accesorii 192-580011N7 , pag.28 ]

Pentru suportul de cablu tip 2500.03.100.0 alegem :

K = 414 mm

3.4.2. Dimensionarea actuatorului HZR 50

Miscarea pe axa Z se realizeaza cu actuatorul liniar tip HZR 50 care trebuie sa asigure o cursa utila pe axa CU = 1500 mm .

Fig. 3.4.7 Modul HZR 50 – Dimensionare

2.4.2.1. Calculul lungimii actuatorului

L = CU + 796 mm [mm] [ 2, Parker – Actuatori liniari HZR 192-560011N4 , pag.16 ]

L = 1500 + 796 = 2296 mm

3.4.2.2. Forta si momentul capabil

Curbele arata maximum de incarcare

pe care o suporta rulmentii rolelor de

ghidare pe o directie sub actiunea

fortelor si momentelor.

Fortele Fx si Fy devin forte de inertie

daca HZR este montat pe un actuator

liniar care este accelerat.

Fig. 3.4.8 Actiunea fortelor si momentelor

Fig. 3.4.9 Modul HZR 50 – Forta si momentul capabil

Din grafice, pentru viteza deplasare de 2 m/s cu ghidaj standard si rolele din poliamida rezulta fortele admise :

Fz = 1250 N

Fx = 925 N

Fy = 925 N

Si momentele admise : Mx = 95 Nm

My = 90 Nm

Mz = 25 Nm

Fig. 3.4.10 Capacitatea de incarcare a rulmentilor sub o forta permanenta

Pentru lungimea maxima a cursei pe axa Z = 1500 mm rezulta fortele maxime la care poate fi supus pemanent capatul actuatorului :

FXE = 70 N

FYE = 50 N

3.4.2.3. Calculul lungimii portcablului si suportului portcablu

Fig. 3.4.11 Modul HZR 50 – Dimensionare portcablu

Lungimea portcablului LK se calculeaza cu relatia :

[2,Parker–Actuatori liniari HZR-192-560011N4 ,pag.30]

Lungimea suportului portcablu, L se calculeaza cu relatia :

[2, Parker – Accesorii HZR 192-560011N4 ,pag.30]

Tab. 3.3 Dimensiuni HZR 50 [ 2, Parker – Accesorii HZR 192-560011N4 , pag.30 ]

– Capitolul 3.5.

Elemente de actionare

Pentru actionarea simultana a actuatorilor pe axele X si Y se recomanda utilizarea celor trei variante de combinatii NL/NR , DL/DR si LR/RL

Tab. 2.5.1 Combinatii montaj LBB080 [2,Parker–Actuatori HPLA 192-580011N7, pag.23]

Constructiv se alege varianta de actionare DL/DR

Fig. 3.5.1 Montaj cu doi actuatori Fig. 3.5.2 Carcasa cu reductor montat

Pentru alegerea dimensionala a reductorului si motorului de actionare trebuie luate in considerare dimensiunile geometrice a capului de actionare, pentru stabilirea dimensiunii axului reductorului si a ghidajului pilot al acestuia.

Fig. 3.5.3 LBB080 – Detaliu de montaj

2.5.1. Alegerea motoarelor electrice

Pentru actionarea actuatorilor se alege solutia integrata ,, All In One “ oferita de Parker Bayside’s Stealth® Gearmotors care combina intr-o constructie compacta reductorul planetar , servomotorul si encoderul.

Fig. 3.5.4 Servomotor cu reductor planetar si encoder

Avantajele utilizarii acestui tip de servomotor ar fi :

capacitatea de a dezvolta moment de torsiune mare

reducerea de componente mecanice

costuri reduse

Pentru actionarea actuatorilor ce formeaza axele robotului din proiect se alege din catalogul producatorului, servomotorul cu reductor planetar incorporat Tip GM 090, ale carui dimensiuni sunt prezentate si care este compatibil cu dimensiunile geometice ale axelor HPLA 80 si HZR 50.

Acest tip de servomotor este echipat cu un reductor planetar cu un raport de 10 : 1

Fig. 3.5.5 Dimensiuni constructive

Tab.3.5.2 Specificatii tehnice

[3, Parker–PRECISION PRODUCTS for the Motion Control Industry, pag.161]

Servomotoarele sunt prevazute cu sitem de fanare ce asigura siguranta in functionare pentru situatii critice.

Tab.3.5.3 Specificatii tehnice frana

[3, Parker–PRECISION PRODUCTS for the Motion Control Industry, pag.167]

Pentru partea electronica sunt prezentate specificatiile tehnice pentru encoder si rezolver, fiind identice pentru cele trei tipuri de servomotoare.

Tab.3.5.4 Encoder [3, Parker–PRECISION PRODUCTS, pag.167]

Tab.3.5.5 Rezolver [3, Parker–PRECISION PRODUCTS, pag.167]

3.5.2. Alegerea sistemului de transmisie

Pentru actionarea sincrona a actuatorilor ce formeaza o axa, este necesara realizarea legaturii dintre acestea. Conform specificatiilor din catalogul producatorului , pentru alegerea metodei de cuplare trebuie avuta in vedere distanta de montaj dintre actuatorii pereche ce formeaza o axa . Pentru robotul proiectat avem pentru axa X o distanta intre actuatori de 2400 mm , si intre actuatorii ce formeaza axa Y o distanta de 240 mm.

Fig. 23..5.6 Varianta cu doua cuplaje

Pentru axa X se alege varianta constructiva cu doua cuplaje , datorita faptului ca distanta dinte cei doi actuatori este mai mare de 600 mm si pentru axa Y varianta fara cuplaj recomandata pentru distante mai mici de 350 mm.

Fig. 3..5.7 Varianta fara cuplaj

Cuplajele utilizate la realizarea legaturii intre ci doi atuatori sunt de tipul Oldham.

Fig. 3..5.8 Cuplaj Oldham

– Capitolul 3.6.

Elemente de asamblare

Pentru asamblarea actuatorilor producatorul pune la dispozitie elementele de asamblare necesare pentru imbinare, rgidizare si siguranta in exploatare.

Fig. 3.6.1. Coltare cu aripi egale

Fig. 3.6.2. Coltare cu aripi inegale

Fig. 3.6.3. Cleme

Fig. 3.6.4. Tampon de oprire extern

Fig. 3.6.5. Bolturi filetate si piulite pentru canale T

Pentru rigidizarea axului de legatura dintre actuatorii ce formeaza axa X , care are o lungime mare in raport cu diametrul sau, pentru evitarea formarii unei deformari in zona de mijloc a acestuia, se utilizeaza o brida cu lagar ce se fixeaza mecanic de structura robotului.

Fig. 3.6.6. Brida cu lagar

Fig. 3.6.7. Profil suport pentru portcablu

Capitolul 3.7.

Tipuri de senzori folositi in roboții industriali

In cadrul robotior industriali se utilizeaza o mare diversitate de senzori cu scopul transmiterii unor informatii din cadrul procedului de productie (informatii de la echipamentele de fabricatie, informatii despre starea piesei de manipulat, informatii despre interventia operatorului uman etc,) In continuare sunt puse in evidenta cateva dintre cele mai uzuale tipuri de senzori din componenta unui robot industrial.

Comutatoare manuale – senzori primitivi de tip electromecanic pentru cuplarea-decuplarea unor circuite electrice (inchis-deschis 2 poz.)

Pot fi si de tip rotativ – selectare un circuit dintr-un set mai mare de circuite.

Comutatoare pentru limita de cursa – cu rola,bara de contact,lamela, actionarea realizandu-se la contactul acestora cu obiectul

Comutatoare de proximitate – senzori de pozitie, care nu au nevoie de contact fizic cu obiectul. Se utilizeaza unde limitatorii mecanici nu fac fata (existenta de obstacole)

1 detecteaza metale feroase intr-o raza de actiune

2 detecteaza metale feroase si neferoase

3 detecteaza materiale nemetalice

De regula se utilizeaza senzori de proximitate inductivi,capacitivi, magnetici, pe baza efectului Hall (detecteaza nu numai prezenta obiectului ci si distanta pana la el). O categorie aparte a senzorilor de proximitate , o reprezinta senzorii ultrasonici. Ei functioneaza pe principiul sonarului – timpul dintre momentul lansarii semnalului si receptionarii undei reflectate este proportional cu distanta dintre senzor si obiectul tinta.

Senzori de detectare fotoelectrici –sunt dispozitive fara contact de detectare a prezentei unui obiect fiind sensibili la radiatia luminoasa.Raza de lumina este generata de un LED. Senzorii fotoelectrici sunt extrem de fiabili si compacti fiind printre cei mai ulilizati senzori in partea de automatizare si comanda a robotilor.

Functie de solutia constructiva , iesirea unui senzor poate raspunde la:

– intreruperea razei de lumina la trecerea unui obiect prin dreptul acesteia

– reflectarea inapoi a razei la trecerea unui obiect prin fata razei de lumina proiectate.

Senzorii fotoelectrici sunt construiti in patru variante :

cu sursa de lumina si receptor

cu retro – reflector

cu scanner pentru lumina difuza

cu scanner pentru lumina reflectata

sunt extrem de fiabili-LED-ul poate fi incapsulat in structura senzorului

Senzori de detectare in infrarosu – utilizati pentru detectarea de neregularitati la nivelul obiectelor

Senzori de detectare cu laser – in robotica sunt mai utilizati decat cei fotoelectrici. Au precizie foarte ridicata, pot detecta piese de dimensiuni foarte mici la distante mari sau variabile.

Senzori de forta in structura degetelor prehensorului– cel mai utilizat este marca tensometrica

-Se mai utilizeaza senzori capacitivi (modificarea distantei intre doua placi)

– senzori de forta opto electrici (pe degete se fixeaza un material prin care trece lumina, la strangere materialul se deformeaza si deformeaza suprafata orificiilor)

– senzori de forta ce utilizeaza proprietatea magneto-elastica sau magneto–rezistiva a unor materiale. Sunt fiabili si au o senzivitate ridicata.

3.7.1. Senzori si limitatori utilizati

3.7.1.1. Axa X si Y – actuatori HPLA

Pentru siguranta in functionare si pozitionarea exacta a saniei pe fiecare actuator se monteaza trei senzori de proximitate, doi sunt utilizati pentru limitarea cursei saniei cind aceasta ajunge in zona de siguranta si unul pentru controlul pozitiei de ,,0 masina"

Fig. 3.7.1. Actuator HPLA cu trei limitatori externi – senzori de proximitate

Fig. 3.7.2. Placuta de actionare limitator

3.7.1.1 Limitatorii electrici

Limitatorii alesi sunt senzori de proximitate, acestia sunt actionati la trecerea placutei de actionare prin zona de actiune a limitatorului.

Fig. 3.7.3. Senzor de proximitate – dimensiuni geometrice

Fig. 3.7.4. Senzor de proximitate – montaj si conexiuni

Tab. 3. 7.1 Limitator HPLA [ 2, Parker – Accesorii 192-580011N7 , pag.32 ]

3.7.2. Axa Z – actuator HZR 50

Limitatorii utilizati pentru controlul axei Z materializata cu un actuator tip HZR 50 sunt de tip inductiv si sunt montati in carcasa ce adaposteste mecanismul de antrenare. Doi limitatori au rolul de a comanda oprirea servomotorului ce actioneaza actuatorul in momentul care sania ajunge in zona de siguranta. Un limitator este destinat pentru controlul pozitiei de ,, 0 masina ‘’ Activarea limitatorilor este realizata de placutele de actionare montate pe profilul actuatorului.

Fig. 3.7.5. HZR – varianta de montaj senzori

3.7.2.1 Limitatorii electrici inductivi

Senzorii pentru actuatorul vertical HZR 50 sunt de tip inductiv si constructie cilindrica sub forma unui surub si pot fi usor montati in carcasa actuatorului.

Fig. 3.7.6. Senzor de proximitate cilindric – dimensiuni si conexiuni

Limitatorul cilindric poate fi montat

prin infiletare pe partea stanga sau

dreapta a carcasei actuatorului.

Fig. 3.7.7. Montaj in HZR

Tab. 3. 7.2 Limitator HZR 50 [ 2, Parker – Accesorii HZR 192-560011N4 , pag.34 ]

– Capitolul 3.8.

Mentenanta sistemului

Mentenanta reprezinta un obiectiv deosebit de important pentru pentru functionarea robotilor si se refera la continutul si organizarea lucrarilor de intretinere tehnica si reparatii necesare, in conditiile unei exploatari tehnice cu costuri cat mai reduse fara a se diminua capacitatea optima de realizare a sarcinilor de lucru ale robotului.
Managementului mentenantei si functionării robotior cartezieni, in contextul special de functionare al acestora si anume: curse lungi de translatie ale robotului la viteze ridicate de deplasare si constrangeri de timp datorate multitudinilor de activitati necesare pentru buna desfasurare a ciclului de productie.

Controlul axelor robotului trebuie sa se realizeze prin intermediul traductoarelor rotative inglobate in servomotoarele de avans, iar rapoartele de transmisie trebuie să fie compatibile cu numarul de impulsuri si rezolutia definita a robotului.

Servomotoarele de avans pe axele robotului sunt din categoria celor de current alternativ sincrone cu variatia frecventei, avand magneti permanenti in rotor, aceasta cu scopul de a raspunde corespunzator cerintelor dinamice si de precizie impuse.

Importanta bunei functionari a robotului cartezian este evidenta – defectarea acestuia duce la oprirea sistemului flexibil de fabricatie din care ar face parte.

Programul de automatizare trebuie sa contina o rutina care se va declansa in cazul defectarii robotului, astfel incat să minimizeze pierderile de fabricatie din sistemul flexibil, adica sistemul flexibil sa finalizeze operatiile care nu au nevoie de activitatea robotului.

Pentru fiecare din actuatorii realizati si comercializati de firma Parker, utilizati in constructia robotului din acest proiect, producatorul asigura la achizitionarea acestora, manuale de utilizare ce cuprind instructiuni de exploatare si mentenanta .

– Capitolul 4

4.1. Prezentarea solutiei adoptate pentru modulul de rotatie- RRR

Ca si in cazul modulului de tranzlatie (T T T) pentru care am folosit elemente tipizate, modulul de orientare (R R R) va fi alcatuit ca o structura constructiv – functionala, care constituie un subansamblu de sine statator, interschimbabil cu alte module, facand parte dintr-o serie de module tipizate si care poate fi asamblat cu alte module tipizate, in conformitate cu cerintele utilizatorului .

Modulele de rotate pot fi combinate in mai multe configuratii, de tipul cu o singura axa, cu doua axe sau cu trei axe de rotatie. Optiunile de montare ofera posibilitatea instalarii sistemului pe acuactorul vertical al modulului de tranzlatie permitand ridicarea și plasarea obiectelor ce necesită orientare in spatiu.

Oricare dintre aceste module poate fi redus la elementele constituente, și anume:

spațiu de operare

sursa de energie

sursa de informație

robotul

Varianta constructiva adoptata si componenta de baza a acesteia, de la care se porneste in realizarea modulului de orientare este prezentata in imaginile alaturate

Figura 4.1. Axa verticala a

modulului- fixata pe acuactorul

vertical TTT-AV-01

Figura 4.2. Axa suplimentara de

rotatie-ASR-01

Figura 4.3. Axa suplimentara de

rotatie efector final-ASR-02

Figura 4.4. Tablou de comanda

si control-TCC

Pentru constructia sistemului de orientare se vor utiliza:

– un modul fix asezat pe axa verticala a acuactorului Parker actionat de un servomotor pentru asigurarea rotirii in lungul axei Y.

– un modul suplimentar asezat pe axa orizontala prin intermediul unui brat cotit la 90° actionat de un servomotor pentru asigurarea miscarii de rotatie in lungul axei X.

– un modul suplimentar asezat pe axa orizontala prin intermediul unui brat de prindere actionat de un servomotor pentru asigurarea miscarii de rotatie in lungul axei Z.

Pe modulele rotatie se vor monta limitatori de cursa si senzori.

Motoarele de actionare pentru modulele de rotatie sunt de tip TPM, produse de firma Alpha Gears Drives.

In figura 3.4. este prezentat gama de servomotoare ale acestei companii iar functie de tipul acstora vom putea alege momentul de torsiune la efectorul final

Caracteristicile produsului:

Figura 4.5. Servomotoare Tip TPM si TPMA

3.1.2. Alegerea motoarelor de actionare pentru modulul de orientare

Motoarele de actionare a modului de orientare se aleg functie de masa piesei de manipulat.

Pentru verificarea dimensionarii motoarelor vom tine seama de valoarea momentului nominal de torsiune, valoarea vitezei, timpul de accelerare, momentele de inertie din partea sarcinii, momentele de inertie din partea actionarii

4.1.1.Formule de calcul pentru momentele de inertie

1.Momentul de inertie pentru cilindru:

[dN·mm2]

[dN·mm2]

Figura 4.6.

2. Momentul de inertie tub cilindru

[dN·mm2]

[dN·mm2]

Figura 4.7.

3. Momentul de inertie pt piese in afara axei de simetrie: 11

[dN·mm2]

Figura4.8.

4. Momentul de inertie pentru piese rectangulare

[dN·mm2]

Figura 4.9.

Elemente ale miscarii

Jx = inertia dupa axa x [daN/mm2]

Jy =inertia dupa axa y [daN/mm2]

Jxo =inertia dupa axa xo [daN/mm2]

m- greutatea

D1= diametrul exterior [mm]

D2=diametrul interior [mm]

ρ =densitatea [g/mm3]

L= lungimea [mm]

Densitati :

Otel- ρ=0.0078 [g/mm3]

Aluminiu- ρ=0.0027 [g/mm3]

Ceramica- ρ=0.0023 [g/mm3]

Stejar- ρ=0.00047 [g/mm3]

4.1.2.Evaluarea momentelor de torsiune:

Momentul de torsiune functie de eliberarea de cuplu:

Ca o regula, momentele de torsiune sunt evaluate in functie de eliberarea de cuplu ceruta care trebuie sa fie mai mare decat cuplul cerut, pentru functionarea normala a masinii.

[N·m]

Unde:

-TKN =momentul de torsiune [N·m]

– T2b= momentul de torsiune maxim admis functie de acceleratie sau viteza [N·m]

O alta cale , o reprezinta calculul momentului de torsiune in conformitate cu specificatiile de actionare:

[N·m]

Unde:

-TKN =momentul de torsiune [N·m]

-PAN =puterea de actionare [Kw]

-n =viteza de actionare [rpm]

Momentul de torsiune functie de momentele de inertie:

[N·m]

Unde:

-TKN =momentul de torsiune nominal [N·m]

-JL-momentul de inertie pe partea sarcinii

-JA-momentul de inertie pe partea actionarii

-T2b= momentul de torsiune util functie de acceleratie sau viteza [N·m]

-SA =coeficient de sarcina sau impact

-SA=1-pentru sarcini uniforme

-SA=2-pentru sarcini neuniforme

-SA=3-pentru impact

Valorile SA =2..3 sunt de obicei alese pentru servomotoare, sau servomotoare care deservesc masinile unelte

Principalele date tehnice ale servomotorului de tip TPM-004, privind cutia de actionare, caracteristicile motorului precum si datele generale de constructie si functionare sunt prezentate in figura 4.10. [Alpha Gears Drivers-pag.]

Figura 4.10. Date tehnice servomotor

TPM 004 – Curbe de functionare

Toleranta lui T, I , n ,poate fi de +/- 10 %. In circumstantele unui curent maxim

admis, acesta trebuie sa fie limitat datorita momentului maxim admis de cutia de angrenaje. Curbele de functionare sunt prezentate in Figura 4.11. [Alpha Gears Drivers-pag.]

Figura 4.11.Curbe de functionare

Figura 4.12. Dimensiuni constructive

4.2. Verificarea momentelor de torsiune

Tinand seama de cele prezentate anterior, vom alege cele trei motoare de actionare

a modulului de orientare din catalog functie de momentul de torsiune T2 ,viteza n2, iar apoi vom face calculul dinamic de verificare functie de momentele de inertie, incepand cu motorul (M1) de actionare a gripperului (axa suplimentara ASR-02), continuand cu motorul (M2) axei suplimentare ASR-01 si ajungand in final la motorul (M3) de la axa verticala a acuactorului Parker, AV-01.

4.2.1. Verificarea momentului de torsiune a motorului M1

Se considera ca reperele componente pana la motorul de actionare M1, sunt situate pa axa de simetrie a motorului M1.(adica placa de parchet si gripperul)

Figura 4.12. Momentele de inertie pentru motorul 1

4.2.1.1. Momentul de inertie a placii de parchet- JL

Se considera placa de parchet ca un obiect paralelipipedic cu L=0.8m, l=0.09m, h=0.014m si masa de 706 g. Pentru dimensionare vom folosi programul de calcul FESTO [FESTO V4.0.2.10]

Figura 4.13. Momentul de inertie placa parchet

4.2.1.1. Metoda de alegere a gripperului

Se alege gripperul:

Figura 4.14. Alegerea gripperului

4.2.1.3. Momentul de inertie al gripperului

Se considera gripperul ca un obiect paralelipipedic cu L=0.08m, l=0.06m, h=0.01m si masa de 1.02 kg.

Figura 4.15. . Moment de inertie gripper

Datele obtinute care se inlocuiesc in formula sunt:

-JL-momentul de inertie placii de parchet– (figura 4.13.)

JL= 0.038 [daN·m2] =0.38 [N·m2]

-JA-momentul de inertie a gripperului – (figura 4.15.)

JA = 0.00108 [daN·m2] =0.0108 [N·m2]

-T2b= momentul de torsiune util functie de acceleratie

sau viteza [N·m] (figura 4.11.a) la:

– n=275 [rpm]

– i=21 (raport de transmisie)

– T2B= 5.3 [N·m]

-SA =coeficient de sarcina sau impact -SA=1-pentru sarcini uniforme

=

= = 5.15[N·m]

TKN 1 –momentul de torsiune nominal= 15 [N·m]

TKN =15 [N·m] ≥ 5.15[N·m] => conditia este indeplinita

Penrtu actionarea piesei si a gripperului vom folosi un servomotor cu frana tip TMP-004, cu raportul de transmisie 21, alimentat la tensiunea de 320 Vcc.

4.2.2. Verificarea momentului de torsiune a motorului M2

Se considera ca reperele componente pana la motorul de actionare M2, sunt situate In felul urmator : pe axa de simetrie a motorului M2 se afla suportul motorului iar la o distanta de 60 mm se afla centrul de greutate al subansamblului motorului M1, inclusiv acesta.

Figura 4.16. Momentele de inertie pentru motorul 2

4.2.2.1. Momentul de inertie a subansamblului motor- JL

Se considera subansamblu motor ca un obiect paralelipipedic cu L=0.8m, l=0.15m, h=0.25m si masa de 4.506 g.

Mi2=Mplaca+Mgripper+Mmotor 1=706 +1300+2500=4.506 [g]

Figura 4. 17. . Moment de inertie subansamblu motor 1

4.2.2.2. Momentul de inertie pe partea actionarii- JA

Se considera suportul pentru subansamblu motor, ca un obiect paralelipipedic cu L=0.142m, l=0.09m, h=0.09m si masa de 3.101 g.

Figura 4.18. . Moment de inertie suport motor 1

Datele obtinute care se inlocuiesc in formula sunt:

-JL-momentul de inertie a subansamblului motor – (figura 4.17)

JL= 2.117 [daN·m2] =21.117 [N·m2]

-JA-momentul de inertie a suprt subans. motor – (figura 4.18)

JA = 0.007 [daN·m2] =0.07 [N·m2]

-T2b= momentul de torsiune util functie de acceleratie

sau viteza [N·m] (figura 4.11.b) la:

– n=170 [rpm]

– i=31 (raport de transmisie)

– T2B= 9.1 [N·m]

-SA =coeficient de sarcina sau impact -SA=1-pentru sarcini uniforme

=

= = 9.09[N·m]

TKN 2 –momentul de torsiune nominal= 25 [N·m]

TKN =25 [N·m] ≥ 9.09[N·m] => conditia este indeplinita

Pentru actionarea piesei si a gripperului vom folosi un servomotor cu frana tip TMP-004, cu raportul de transmisie 31, alimentat la tensiunea de 320 Vcc.

4.2.3. Verificarea momentului de torsiune a motorului M3

Se considera ca reperele componente pana la motorul de actionare M3, sunt situate In felul urmator : fata de axa de simetrie a motorului M3 se afla ansamblul motoarelor 1 si 2 inclusv motorul 2, la o distanta de 32 mm, iar fata de axa de simetrie la o distanta de 114 mm se afla centrul de greutate corpului de sustinere 1

Figura 4.19. Momentele de inertie pentru motorul 3

4.2.3.1. Momentul de inertie a subansamblului motoarelor 1 si 2- JL

Se considera subansamblu motor ca un obiect paralelipipedic cu L=0.8m, l=0.29m, h=0.29m si masa de 7.406 g.

Mi3=Mi2+Msuport 2+Mmotor2=1.506+1.400+2.500=7.406 [g]

Figura 4.20. Momentul de inertie a subansamblului motoarelor 1si 2

4.2.3.2. Momentul de inertie pe partea actionarii- JA

Se considera suportul pentru suport subansamblu motor M2, ca un obiect paralelipipedic cu L=0.202m, l=0.179m, h=0.100m si masa de 1.350 g.

Figura 4.21. Moment de inertie suport motor 2

Datele obtinute care se inlocuiesc in formula sunt:

-JL-momentul de inertie a subansamblului motor – (figura 4.20.)

JL= 31.666 [daN·m2] =316.660 [N·m2]

-JA-momentul de inertie a suprt subans. motor -(figura 4.21.)

JA = 0.185 [daN·m2] =1.85 [N·m2]

-T2b= momentul de torsiune util functie de acceleratie sau

viteza [N·m] (figura 4.11.b) la:

– n=170 [rpm]

– i=31 (raport de transmisie)

– T2B= 9.1 [N·m]

-SA =coeficient de sarcina sau impact -SA=2-pentru sarcini neuniforme

=

= = 18.19[N·m]

TKN 2 –momentul de torsiune nominal= 25 [N·m]

TKN =25 [N·m] ≥ 18.19[N·m] => conditia este indeplinita

Pentru actionarea piesei , a gripperului si a motorului 2 ,inclusiv a suportului acestuia, vom folosi un servomotor cu frana tip TMP-004, cu raportul de transmisie 31, alimentat la tensiunea de 320 Vcc.

ANEXA 1

Asamblare, Distributie Depozitare, Recuperare

Roboti pentru transfer

Aplicare adeziv Testare piese electronice

ANEXA 2

Aplicare adeziv pe un contur Testare piese electronice

Transport piese grele Testare planeitate, grosimi

Asamblare piese mici , de precizie