MANIPULATORI MANUALI - acţionaţi direct de operatorul uman; ROBOŢI SECVENŢIALI - efectueaza repetitiv o succesiune de operaţii Funcţie de uşurinţa modificării operaţiilor programate se disting: - RI cu secvenţe predeterminate; - RI cu secvenţe variabile. Criteriul 1: informaţia de intrare şi modul de învăţare (JARA-Japanese Robot Association) 3. SISTEMATIZARI ALE ROBOŢILOR INDUSTRIALI ROBOŢI REPETITORI (PLAYBACK) - se programează prin metoda netextuală, teach-in, antrenare; ROBOŢI CU COMANDĂ NUMERICĂ - execută operaţiile programate în conformitate cu informaţiile numerice referitoare la poziţii, orientări, succesiuni de operaţii etc. ROBOŢI INTELIGENŢI – sau generaţia a treia de RI. În mod particular în Japonia se consideră roboţi şi manipulatoarele, spre deosebire de restul lumii, unde în general se acceptă denumirea de robot doar dacă acesta este condus cu calculatorul, situaţie în care se numeşte sistem robot. 1
Tipuri de roboti industriali Utilizarea lor in industri
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
MANIPULATORI MANUALI - acţionaţi direct de operatorul uman;
ROBOŢI SECVENŢIALI - efectueaza repetitiv o succesiune de operaţiiFuncţie de uşurinţa modificării operaţiilor programate se disting:
- RI cu secvenţe predeterminate;- RI cu secvenţe variabile.
Criteriul 1: informaţia de intrare şi modul de învăţare(JARA-Japanese Robot Association)
3. SISTEMATIZARI ALE ROBOŢILOR INDUSTRIALI
ROBOŢI REPETITORI (PLAYBACK) - se programează prin metoda netextuală,teach-in, antrenare;
ROBOŢI CU COMANDĂ NUMERICĂ - execută operaţiile programate în conformitatecu informaţiile numerice referitoare la poziţii, orientări, succesiuni de operaţii etc.
ROBOŢI INTELIGENŢI – sau generaţia a treia de RI.
În mod particular în Japonia se consideră roboţi şi manipulatoarele, spre deosebire derestul lumii, unde în general se acceptă denumirea de robot doar dacă acesta este conduscu calculatorul, situaţie în care se numeşte sistem robot. 1
The Robotics Institute of America (RIA) recunosc patru clase de roboţi:
1. Dispozitive manuale de manipulare cu control manual – similari manipulatorilor
manuali definiţi de JARA
2. Dispozitive automate de manipulare cu cicluri predeterminate – similari roboţilor
S
secvenţiali cu cicluri predeterminate definiţi de JARA
3. Roboţi programabili, servo comandaţi cu traiectorii PTP sau continue – similari RI
cu CN definiţi de JARA
4. Roboţi care satisfac specificaţii tip C care prelucrează informaţii din mediul extern
pentru mişcări inteligente– similari RI inteligenţi definiţi de JARA
2
Criteriul 3: sistemul de coordonate asociat lanţului cinematic de poziţionare
ROBOŢI ÎN COORDONATE CARTEZIENE: generează un spaţiu de operare paralelipipedic.
ROBOŢI ÎN COORDONATE CILINDRICE: generează un spaţiu de operare delimitat de două
suprafeţe cilindrice concentrice si două plane perpendiculare pe axa comună.
ROBOŢI ÎN COORDONATE SFERICE: generează un spaţiu de operare cuprins între două
suprafeţe sferice cu acelaşi centru.
ROBOŢI ÎN COORDONATE UNGHIULARE: generează un spaţiu de operare complex cu
alură sfericăalură sferică
Fig. 3. Schemele lanţurilor de poziţionare a RI în coordonate carteziene, cil. sferice şi unghiulare
(pen
tru
deta
lier
e apăs
aţi
buto
nul
core
spun
zăto
r de
pe
figu
ra 3
)
CONTINUARE
3
Terminologie
LANŢ CINEMATIC DE POZIŢIONARE (LP) - lanţ cinematic deschis cu rolul de
poziţionare a punctului caracteristic solidar cu obiectul manipulat. LP are un gabarit
mult mai mare decât lanţul de orientare şi în consecinţă determină forma spaţiului
de operare a RI.
În viziune antropomorfică este similar ca funcţionalitate cu braţul +antebraţul uman.
LANŢ CINEMATIC DE ORIENTARE (LO) - lanţ cinematic deschis cu rolul de
orientare, deplasare unghiulară în jurul punctului caracteristic. În analogie
antropomorfică LO corespunde încheieturii mâinii.
LANŢ CINEMATIC DE GHIDARE (LG): LG = LP – LO. (LP înseriat cu LO).
4
În afară de cele patru tipuri de roboţi: cartezieni, cilindrici, sferici şi unghiulari mai există structuri hibride:
Robot cu structură hibridă între unulportal simplu şi unul în coordonateunghiulate
Robot creat din combinareaunuia în coordonate cilindriceşi unul articulat 5
Conform IFR (International Federation of Robotics) şi IPA Stuttgart, în afară de cele
patru structuri anterior definite se mai adaugă: roboţii SCARA (Selective Compliance
Assembly Robot Arm) şi roboţii paraleli (bazaţi pe platforme Stewart sau Delta).
Fig. 4. Schema unui robot SCARA Fig. 5. Schema unei platforme Stewart
6
ROBOŢI ÎN COORDONATE CARTEZIENE
RI în coordonate carteziene (RICar) au un LP format doar din cuple T reciproc ⊥. Aceştia
se utilizează ca RI cu baza la sol (fig. 6a) sau ca RI suspendaţi (fig.6b), care în cazul RICar se
numesc RI portal. În general, RICar de dimensiuni medii şi mari sunt acţionaţi electric, la cei
modulari de dimensiuni mici sau medii se utilizează acţionarea pneumarică.
Fig. 6. RICar cu baza la sol (a) şi suspendat tip portal simplu (b) [SIC04]
a b
7
Fig. 6 b. Schema unui RI portal simplu (a), RI portal dublu (b).
Avantaje RICar:- au rigiditate mare, în consecinţă pot manipula obiecte relativ grele, utilizându-se ca RI- au rigiditate mare, în consecinţă pot manipula obiecte relativ grele, utilizându-se ca RI
“pick and place”, paletizare, încărcare MU;- sunt simplu de programat;- RI portal ocupă puţin spaţiu la sol, dezvoltându-se pe verticală unde în general într-o
secţie productivă este mai mult spaţiu liber. În consecinţă accesul la utilajele pe care leserveşte este mai puţin restricţionat;
- eroarea cinematică de poziţionare este constantă în orice punct al spaţiului de operare,în consecinţă sunt utilizaţi şi ca RI de măsurare (er. cin. de poz. este dependentă doar deprecizia de realizare a valorilor programate a coordonatelor generalizate ale LP).
Dezavantajele RICar:- necesită un spaţiu de lucru (de funcţionare) mare, fenomen deranjant mai ales la RICar
cu baza la sol;- având suprafeţe relativ mari de ghidare a cuplelor T (cupla T nu este o cuplă
compactă) sunt necesare protecţii antipraf, anticorozive. 8
ExempleFamilia de RI XM3000, prod. EPSON
(www.robots.epson.com/)
Lanţ de ghidare simplu deschis
Construcţie modulară 2...4 axe
Spaţiul de operare paralelipipedic:
- XY: 200 x 300mm ... 1000 x 600 mm- XY: 200 x 300mm ... 1000 x 600 mm
- Z: 100,150, 300 mm
- γ: +/- 3600
- Precizie repetabilitate XY: 0.015 mm
- Timp de ciclu standard (1“-12“- 1“): 0.5 s
- Capacit. înc. pt. 4 axe: 2 ... 4 kg
- servo motoare electrice
- tr. şurub fix- piuliţă mobilă
Fig.7. Vedere a unui RI din familia XM300
9
RI portal simplu, dublu în concepţie modulară
Fig. 8. RI portal IRB 840, produs de firma ABB (www.abb.com/robotics)
IRB 840 este destinat încărcării maşinilor, operaţiilor de paletizare, manipulării de materiale RI este construit
modular.
Caracteristici:capacitate de încărcare 150 kg, repetabilitate 0.2 mm, viteze maxime: Vx, Vy=2.7 m/s, Vz=2 m/s,
acceleraţia maximă 4g.
10
Exemplu de unitate flexibilă de prelucrare prin strunjire unde transferul semifabricatelor
este realizat de un robot portal simplu.
Clipuri în folderul RI Coord CARTEZ11
ROBOŢI ÎN COORDONATE CILINDRICE
RI în coordonate cilindrice (RICil) au o cuplă R
de pivotare şi două cuple T perpendiculare R II T ⊥⊥⊥⊥ T.
Această structură generează un spaţiu de
operare cilindric şi este raţională pentru posturi de
lucru plasate în jurul RI. Cum o astfel de configuraţie
pentru celule flexibile de prelucrare are dezavantaje,
actualmente RICil nemodulari cu funcţii de încărcare-actualmente RICil nemodulari cu funcţii de încărcare-
descărcare maşini unelte sunt rari. În plus având
două cuple T sunt necesare protecţii ale ghidajelor.
Uzual sunt acţionaţi electric, sau fluidic în cazul
celor modulari,
Structura are o rigiditate mecanică relativ mare,
în general este viabilă pentru manipulatoare modulare
de dimensiuni relativ mici.
Precizia de poziţionare scade pe direcţie radială
[SIC04]
12
Fig. 8a. Vedere a RICil RT330, firma SEIKO
RT 330, prod. SEIKO(www.seikorobots.com)
Construcţie nemodulară 4 axe
Spaţiul de operare cilindric.
- Precizie repetabilitate: ± 0.025 mm- Repet. axa de rotaţie a preh: ± 0.030
- Capacit. încărcare : 5 kg- Timp de ciclu: 0.76 s.- Servomotoare electrice CA fără perii
Fig. 8b. Vedere a unui RICil modular, cu acţionare pneumatică, format pe baza setului modular Gemotec, www.gemotec.de
13
ROBOŢI ÎN COORDONATE SFERICE
[SIC04]
RI în coordonate sferice sunt în general acţionaţi electric, au o precizie de poziţionare descrescătoare
radial. Actualmente această structură este rar aplicată datorită problemelor de gabarit pe care le ridică cupla T.14
ROBOŢI ÎN COORDONATE UNGHIULARE
Roboţii în coordonate unghiulare (RIUng sau RI antropomorfi) sunt cei mai populari RI,
având următoarea structură a lanţului de poziţionare: R ⊥⊥⊥⊥ R II R.
[SIC04]
RI în coordonate unghiulare: în componenţa LP untră axele 1,2 şi 3, restul aparţin LO.
15
Avantaje:
- Datorită utilizării doar a policuplelor R, care sunt compacte, RIUng care au un LC simplu
deschis sunt zvelţi, deci spaţiul de funcţionare este mai mic decât la alte tipuri.
- RIUng au un spaţiu de operare aproximativ sferic, relativ mare comparativ cu
dimensiunea RI.
- Există posibilitatea echilibrării braţului robot, fapt ce îmbunătăţeşte proprietăţile
dinamice ale RI.
- Cvasimajoritatea lor sunt acţionaţi electric prin servomotoare cu CC.
- RIUng sunt RI universali utilizaţi în manipularea materialelor, paletizări-depaletizări,
încărcare-descărcare MU, utilaje, sudură în puncte, cu arc, cu laser, vopsiri prin pulverizare,
aplicări de adezivi, inspecţie etc.
Dezavantaje
- Nu au rigiditate mare, însă aceasta poate fi îmbunătăţită prin includerea unui contur
motor pentru ultimele două cuple R II R ale LP (vezi clip M-2000iA Automotive Body Transfer
Robots - FANUC.flv).
- precizia cinematică de poziţionare este dependentă de poziţia punctului caracteristic în
spaţiul de operare. 16
Fig. 10a. RIUng familia KR350Producător KUKA Roboter Producător KUKA Roboter
(www.kuka-roboter.de)
17
Fig. 10.b Construcţia modularăa familiei de roboţi KR350a familiei de roboţi KR350
Fig. 10c. Spaţiul de operare a familiei de RIUng KR35019
Alte arhitecturi de RI în
coordonate unghiulare
SV3X
- cap. înc. : 3 kg
- prec. repet. : ± 0.03 mm
- fiab. mare: 52000 MTBF (Mean time
between failures )
Se observă simetria faţă de planul median
vertical care asigură sarcini excentrice
minime şi distribuţia motoarelor electrice
coaxial sau foarte aproape de axele LG.
Atenţie la soluţia de dublă lăgăruire.
UP20
cap. înc.: 20 kg
- prec. repet. : ± 0.06 mm
RI UP 20 asigură viteze mari de
manipulare. Este optimizat dinamic, se pot
programa şi acceleraţiile, decceleraţiile.Fig. 11. Roboti universali produşi de MOTOMAN (www.motoman.com)
a. SV3X, b. UP20 20
Lightweight Arm - LWA 3
SCHUNCKM
odul
de
rotaţie
cu
cont
role
r in
tegr
at
7 GRADE DE MOBILITATE
Technical data Repeatability: 1 mm Power supply 24 VDC / 20 A – battery operation possible Payload 5 kg Brushless servomotors with Harmonic Drive® power trains
RI SCARA (RISca) sunt RI cu lanţ de ghidare simplu deschis R II R II C (R-cuplă de rotaţie, C- cuplă
cilindrică), deci au în general grad de mobilitate 4. Această structură este de inspiraţie antropomorfică şi imită
braţul uman în poziţie de lucru paralelă cu o masă de lucru.
[SIC04]22
Datorită configuraţiei specifice a LG, RISca au o rigiditate mai mare pe direcţia axelor
de mişcare şi una mai redusă în planul braţului (complianţă selectivă). Această
particularitate îi recomandă pentru lucrări de asamblare de sus în jos.
Având trei cuple R cu axe paralele şi o singură cuplă T, pe ultima poziţie a LG,
problemele ridicate de protejarea şi etanşarea cuplelor nu sunt dificile, în consecinţă RISca
pot lucra în medii agresive (dustproof robot) sau în medii care necesită condiţii de curăţenie
deosebite (cleanroom robot).
RISca au precizii de poziţionare care scad pe direcţie radială, acţionarea este
electrică.
Din analiza ofertei de RISca a principalelor firme producătoare rezultă:
- RISca au capacităţi de încărcare 2 ... 20 kg.
- precizia de repetabilitate este mare: ± 0.01 ... ± 0.025 mm.
- RISca sunt rapizi, ciclul de lucru standard (25-300-25mm): 0.3 ... 0.5 s.
23
În consecinţă pe lângă lucrările de asamblare mai sunt folosiţi la încărcarea-descărcarea
maşinilor, manipulare materiale, inspecţii, lucrări de laborator medical (cleanroom robot).
Sunt potriviţi în aplicaţiile unde sunt necesare acceleraţii constante pe traiectorii circulare:
vopsiri prin pulverizare, aplicări de adezivi.
Datorită rigidităţii relativ mari pe direcţia axelor de mişcare pot fi utilizaţi la efectuarea de
găuriri care nu necesită forţe axiale mari..
Un dezavantaj al RISca este înălţimea relativ mare care impune existenţa unui spaţiu liber
deasupra.
În afară schemei clasice de montaj
anumiţi roboţi SCARA pot fi instalaţi pe
pereţi verticali, pe tavan şi pe console.
24
Complianţă (sau compleanţă [STA96]): gradul de elasticitate a unui sistem mecanic,
definit ca raport între deplasare şi forţa aplicată (este inversul rigidităţii).
25
Noua generaţie de roboţi SCARAEPSON G
(www.robots.epson.com)
Caracteristici:- cap. înc. max.1 ... 30 kg; forță de inserție: 50…250N; precizie de repetabilitate: ± 0.005 ... ± 0.025 mm; ciclul de lucru standard (25 x 300mm): 0.29 ... 0.42 s; spaţiu de operare: Rmax=175 ... 1000mm.
26
Roboți scara cu baza pe tavan au spațiu de operare maximizat (nu există spațiu central inaccesibil)
27
Celule flexibile cu dispunere circulară robotizate Celule flexibile de asamblare cu dispunere liniară robotizateCelule flexibile cu dispunere circulară robotizate Celule flexibile de asamblare cu dispunere liniară robotizate
Operare cu piese paletizate: comparație între spațiul necesat operării cu trei palete pt. un RI scara suspendat și unul cu baza la sol28
Hirata SCARA Robot AR-Z 1000Ewww.hirata.de
Roboţii AR-Z 1000E sunt destinaţipaletizărilor /depaletizărilor de pe paleteleeuropene 1200 x 800mm.
29
Roboţi Kawasaki, tip SCARA, pentru medii curate, manipulare plăci cu circuite integrate
30
Identificarea ţintei şigenerare automată de codpentru atingerea acesteia
31
MELFA Robots – RP Series
MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION
Datorită introducerii unui mecanism
paralelogram, ca parte terminală a
mecanismului de poziţionare, creşte
rigiditatea sistemului şi precizia.
Fig. 14. RI tip SCARA RP-1AH
32
33
Fig. 14b. Spaţiul de lucru al RP-3AH
34
Vezi clipul RP-1AH SMD parts mounting.flv
ROBOŢI PARALELI
Denumirea de robot paralel (RIPar) provine de la structura mecanismului de ghidare format dintr-o platformăfixă (baza), una mobilă pe care se montează end-efectorul şi un număr oarecare (minimum două) de lanţuri cinematiceindependente, identice, care lucrează în paralel, ale căror extremităţi se află pe cele două platforme (fig. 15).
RIPar aplicaţi industrial au în general mobilitatea 4(realizează doar poziţionare completă (3 gr. mob) şi un gradde mobilitate pentru orientare), sau 6 (poziţionare şiorientare complete).
Spaţiul de operare a roboţilor paraleli are o formă caredepinde de gradul de mobilitate al mecanismului complexînchis, având în general alura unei calote sferice şi practicînchis, având în general alura unei calote sferice şi practiccilindric cu înălţime mică.
O structură de succes din prima categorie (4 gr.mobilitate), care stă la baza mai multor RI comerciali esteRIPar DELTA.
Acest RI utilizează ca LC de legătură între platforme unlanţ articulat monomobil. Pentru acţionare se folosescmotoreductoarele 3. Cele trei mecanisme de legătură potrealiza doar poziţionarea platformei 8. Pentru rotirea axială aend-efectorului 9 s-a mai ataşat LC telescopic 14, acţionat demotoreductorul 11.
Platformele Stewart au o construcţie principialasemănătoare având în componenţă 6 motomecanisme delegătură care pot conţine şi motocuple T.Fig. 15. Schema RIPar tip DELTA 36
RIPar au următoarele caracteristici:Avantajoase:
- Având la bază mecanisme spaţiale închise au o rigiditate apreciabilă, mult mai maredecât RI seriali (care au ca LG un LC simplu deschis).
- Erorile cinematice de ghidare nu se cumulează ca la RI seriali ci eroarea totală esteo medie a acestora. În consecinţă RIPar au o precizie de repetabilitate relativ mare.
- Au o .- Dacă motoarele se plasează pe platforma fixă, masele în mişcare sunt mici şi calităţile
dinamice vor fi foarte bune, în consecinţă se pot lucra cu acceleraţii mari.
Dezavantajoase:- Baza (platforma fixă) ocupă în general o suprafaţă relativ mare. Dacă RIPar lucrează
ca RI suspendaţi, acest dezavantaj este parţial eliminat.- Spaţiul de operare este relativ mic, de formă complexă, care ascunde singularităţi.- Modelul geometric direct şi cel dinamic au complexitate mare.- Algoritmii de comandă sunt complicaţi datorită complexităţii structurii RIPar şi a
puternicei neliniarităţi a mecanismului spaţial, închis de ghidare. 37
- Vibraţie forţatã: e o vibraţie cauzatã de o forţã vibratorie, spre exemplu undezechilibru, ce obligã maşina sau structura ei sã vibreze la o frecvenţã egalã cucea a forţei vibratorii.- Vibraţii libere: sunt vibraţiile care apar când, o maşinã sau structura ei, vibreazã înabsenţa unei forţe externe, spre exemplu, situaţia când au fost îndepãrtate vibraţiileforţate.- Frecvenţa conducãtoare: este frecvenţa unei vibraţii forţate.- Frecvenţa naturalã: este frecvenţa la care o maşinã sau structura ei vibreazã,atunci când este sub influenţa "vibraţiilor libere”. Este o frecvenţã la care maşinaatunci când este sub influenţa "vibraţiilor libere”. Este o frecvenţã la care maşina“preferã” sã vibreze. De exemplu, când un clopot este lovit, el va vibra la frecvenţapentru care a fost proiectat.Majoritatea utilajelor dinamice sau structurilor au mai multe frecvenţenaturale la care ele vibreazã, în special datoritã faptului cã ele sunt compusedin mai multe subansamble care, la rândul lor au fiecare în parte frecvenţa lornaturalã. Orice forţã instantanee aplicatã, (spre exemplu, dacã lovim structura cuun ciocan), poate cauza excitaţia la una sau mai multe frecvenţe naturale.
38
Având în vedere caracteristicile enumerate mai sus, RIPar implementaţi în mediulindustrial s-au dezvoltat pe două direcţii:
1. RIPar “pick&place” pentru obiecte relativ uşoare (10g ... 10 kg). Acest tip deRIPar au cicluri de lucru standard mici şi precizii de repetabilitate mari. Astfel, suntfrecvente productivităţi de 120 cicluri/min la acceleraţii 12 g şi precizii de repetabilitate de0.2 mm. Pentru atingerea unor astfel de performanţe motoarele sunt plasate pe platformafixă (fig. 14), partea mobilă trebuie să fie uşoară şi rigidă (vezi IRB 340 FlexPicker System
care utilizează elemente cinematice din fibre de C, fig. 15).
2. RIPar pentru sarcini relativ mari, unde interesează mai mult precizia decât viteza.Aceştia utilizează uzual ca mecanisme de legătură cilindri hidrostatici cu cuple sferice laAceştia utilizează uzual ca mecanisme de legătură cilindri hidrostatici cu cuple sferice lacapete, care asigură un raport forţă-masă foarte bun, sunt simpli şi robuşti. Se mai aplică şimecanismele şurub-piuliţă (vezi F200i fig. 19 ).
Aplicaţiile curente ale celei de a doua categorii de RIPar sunt:
- RI tehnologici, care execută operaţii de debavurare, polizare, frezare etc.
- Simulatoare de zbor: aplicaţie implementată de Stewart în 1965.
- Testare anvelope auto (prima aplicaţie ralizată de Gough şi Whitehall 1962).
- Platforme păşitoare (Univ. din Waseda, Japonia, laboratoarele Takanishi).
- Dispozitive de fixare reconfigurabile (Univ. din Wisconsin-Madison). 39
Roboţi paraleli tip DELTA disponibili pe piaţă
Fig. 16a. IRB 340 firma ABB Fig. 16b. C33 firma SIG Pack Systems(www.abb.robotics.com) (www.sig-robotics.com/ )
IRB 340: 4 axe; cap.înc. 1 kg; product. 150 cicluri/min; prec. repet. 0.1 mm; vit. max. 10 m/s, acceleraţie max. 10g,timpi de ciclu standard: obiect 0.1 kg, 25-300-25 mm – 0.40 s, pt. 1 kg – 0.45 s, pt.ciclul nestandard 100-700-100 mm la0.1 kg o.6 s iar la 1 kg 0.7 s, echip. standard cu preh. vacuumatic. 40
Fig. 17. RIPar TR600 produs de Neos Robotics
41
de îm
pach
etar
e în
cof
raje
, RIP
ar D
ela
cu g
hida
rea
vizu
ală
tip
IRB
340
AB
B F
lexP
icker2
-IM
A-2
m10s.w
mv
Fig
. 18.
Lin
iide
împa
chet
are
în c
ofra
je, R
IPar
Del
a cu
ghi
dare
a vi
zual
Vezi fisie
re v
ideo: A
BB
Fle
xP
icker2
42
Fig. 19 a. Maşini de frezat cu mecanisme DELTA, Stewart (www.parallemic.org) 43
Caracteristicile RIPar F200 i, Fanuc:
- 6 grade de mobilitate;
- capacitate încărcare 100 kg;
- viteza max. pe axa Z 0.3 m/s;
- viteza max. în plan XY: 1.5 m/s;
- precizie repetabilitate ± 0.1 mm
Aplicaţii unde se cere rigiditate mare şi
Fig.19.b. F200 i produs de FANUC Robotics (www.fanucrobotics.com/)
precizie înaltă de repetabilitate
- îndepărtare de material;
- sudură;
- manipulare scule;
- manipulare precisă obiecte relativ grele
- fixare flexibilă a semifabricatelor (înlocuiesc
reazemele sau bridele dedicate, vezi slide-ul
“Dispozitive de prindere reconfigurabile”)
44Vezi clipul IBAG High Speed Spindle-49s.mp4
DISPOZITIVE DE ASAMBLARE RECONFIGURABILE
La Univ. Wisconsin-Madison s-au proiectat şi
implementat dispozitive reconfigurabile (flexibile) pentru
prinderea pieselor în procese de asamblare.
S-au utilizat platforme Stewart produse de firma Fanuc.
Reconfigurarea se face foarte rapid, forţele şi preciziile
realizate sunt suficiente pentru operaţii de asamblare sau
sudură.45
Top Swing
robotul antrenor al jucătorilor de golf
Conceptul robotului Top Swing s-a bazat pe constatarea
că este mai eficientă antrenarea prin executarea complexului
de mişcări (memoria corpului) decât de exemplu prin
vizualizarea acestora.
Robotomecanismul este o platformă Stewart modificată în
sensul că pentru mărirea spaţiului de operare şi pentru
îmbunătăţirea dinamicii, pe platforma de bază sunt plasate 6
motocuple de translaţie(vezi şi soluţia bazată pe mec. Delta
de la MUCN INDEX-Werke Vertical Line V100).
Crosa este solidarizată de platforma mobilă şi ţinută de
jucătorul de golf.,
Funcţie de înălţimea, greutatea şi particularităţile motrice
ale jucătorului robotul iși adaptează mişcările pentru
optimizarea performaței loviturii. Sunt implementate şi
mişcările unor campioni, care pot fi reproduse. 46
Sistemul este prevăzut cu senzori de poziţie astfel că se pot
ridica grafice ale mişcării şi vitezei.47
4. PRINCIPALII PARAMETRI TEHNICI AI ROBOŢILOR INDUSTRILI
1. Capacitatea de încarcare nominală: masaobiectului manipulat + masa prehensorului, saudoar masa endefectorului dacă se efectueazăoperaţii tehnologice, pentru care se garanteazărealizarea caracteristicilor de exploatare.
Raportarea se face faţă de un un punct situat peflanşa ultimului element cinematic al LG.flanşa ultimului element cinematic al LG.
Numeroase firme indică distanţa maximă acentrului de masă a prehensorului+obiect faţă deflanșă şi excentricitatea maximă faţă de axa normalăpe flanşă.
În anumite prospecte se specifică doarmomentele de inerţie şi de încovoiere maximeasociate ultimelor cuple ale LG Fig. 20. Exemplu de
diagramă de încărcare
2. Mobilitatea RI: numărul de grade de mobilitate a lanţului de ghidare a RI (nu se ia în
considerare gradul de mobilitate a prehensorului). 48
3. Parametrii cinematici - plajele deplasărilor în cuplele LG, viteze, acceleraţii maxime,Timpul necesar atingerii vitezei de 1 m/s, plecând de la 0 m/s. Acestea se referă la TCP.
4. Timpul de ciclu standard - este o măsurăa productivităţii fiind semnificativ mai alespentru RI pick&place.
5 Precizia de poziţionare. Se referă la TCP şi urmăreşte sub două aspecte:5.1. Eroarea de poziţionare - abaterea organului de lucru faţă de poziţia programată
(diferenţa dintre poziţia comandată şi centrul de masă a poziţiilor atinse). Se mai utilizeazatermenul de precizie absoluta (accuracy).
5.2. În prospecte se indică în general doar eroarea de repetabilitate (raza sferei cu5.2. În prospecte se indică în general doar eroarea de repetabilitate (raza sferei cucentrul de masă al poziţiilor efectiv realizate) sub forma ± ε, în conformitate cu testele ISO.Mai rar se indică şi eroarea traiectoriei de lucru: abaterea traiectoriei reale faţă de ceaprogramată, semnificativă la RI de sudură, tehnologici. Pentru manipulatoare programateteach-in se utilizează doar eroarea de repetabilitate.
49
Poziţii obţinute sub încărcarea 1
Poziţii obţinute sub încărcarea 2
Poziţia dorită
Pentru un punct ţintă din SO se obţin erori diferite de repetabilitate la încărcări diferite şiconfiguraţii diferite ale RI.
5.3. Rezoluţia de poziţionare (resolution) – distanţa dintre două poziţii adiacente pe care lepoate atinge endefectorul, pe o traiectorie oarecare. În practică este foarte dificil dedeterminat datorită numeroaselor surse de eroare.
Uzual între cele trei tipuri de precizie există proporţiile:
ER. ABSOLUTĂ > ER. REPETABILITATE > REZOLUŢIE50
8. Masa totală a RI, gabaritul, suprafaţa ocupată, locul de montaj (la sol, pe pereţiiverticali sau pe tavan).
6. Spaţiul de lucru (funcţionare) - spaţiul necesar funcţionării RI (generat de toateelementele RI, nu numai de TCP, locul geometric generat).
7. Spaţiul în care se poate găsi endefectorul se numeşte spaţiu potenţial de operare (SPO).Subspaţiul SPO în care endefectorul işi îndeplineşte funcţiile impuse spaţiu efectiv deoperare (SEO). Dacă nu se face deosebirea între SPO şi SEO se poate utiliza termenulgeneric de spaţiu de operare (SO). În prospecte se indică forma exactă a SO, volumul SO şiraza maximă atinsă de către braţul RI.
9. Fiabilitatea măsurată ca MTBF (Mean time between failures – timpul mediu întredefectări), valori de 50000-100000 ore sunt curente pentru RI. De exemplu RI MOTOMANau MTBF>100000 h (100000/24.365=11,4 ani !!!!) cu timpi medii de reparații (Mean TimeTo Repair (MTTR)) de 10 minute.
10. Condiţii de mediu (domeniul temperaturilor admisibile, nivelul maxim al vibraţiilor, alzgomotului existent în mediu), gradul de protecţie.
11. Controlerul şi acţionarea: parametrii surselor de energie; capacitatea memoriei;metoda de programare (textuală-limbajul utilizat, netextuală); interfeţe.
A se analiza prospectul RI: LR Mate 200iC Series_10.pdf51
Bibliografie generală în limba română
[DIA01] Diatcu E, Armaş I Bazele Roboticii şi mecatronicii. Ed. Victor, Bucureşti, 2001.[DRI85] Drimer D. sa. Roboti industriali şu manipulatoare. Ed. Tehnica. Bucuresti 1985.[DUD87]Dudiţă Fl. şa Curs de mecanisme. Fascicula 4. Cinematica Mecanismelor articulate. Mecanisme clasice.Robotomecanisme, Universitatea Transilvania din Brasov, 1987.[DUD89] Dudiţă Fl. Sa Mecanismelor articulate. Ed Tehnica, Bucuresti, 1989.[EPA97] Eparu I. Bădoiu D. Elemente de mecanică teoretică şi de modelare a structurilor Roboţilor industriali, Ed.Tehnică, Bucureşti, 1997.[HAN96] Handra-Luca V. .şa. Roboţi. Structură, cinematică şi caracteristici. Ed. Facla. Cluj, 1996.[ISP90] Ispas V. Aplicaţiile cinematicii în construcţia manipulatoarelor şi roboţilor industriali. Ed. Academiei române.Bucureşti, 1990.[KOV82] Kovacs F. Cojocaru G. Manipulatoare, Roboţi şi aplicaţiile lor industriale. Ed. Facla, Timişoara., 1982.[KOV94] Kovacs F. Şa. Sisteme de fabricaţie flexibilă robotizate. Reprobrafia Unv Tehnice Timişoara, 1994.[KOV94] Kovacs F. Şa. Sisteme de fabricaţie flexibilă robotizate. Reprobrafia Unv Tehnice Timişoara, 1994.[MUN95] Munteanu O. sa. Bazele roboticii. Roboti industriali. Ed. Lux Libris 1995.[NEA02] Neagoe M. Cinematica roboţilor industriali. Precizia roboţilor. Ed. Univ.Transilvania din Brasov, 2002.[PAU92] Păunescu T. Robotizarea proceselor tehnologice in constructia de masini. Univ.Transilvania din Brasov, 1992.[PAU 98] Păunescu T. Celule flexibile de prelucrare. Modelare, simulare şi optimizare. EdituraUniversitatii Transilvaniadin Brasov, 1998.[POP94] Popescu P, Negrean I şa. Mecanica manipulatoarelor şi roboţilor. Vol I, ..., IV. Ed. Didactică şi Pedagogică.Bucureşti, 1994.[POZ00] Pozna C, Comanda şi controlul roboţilor industriali. Ed. CIT. Braşov, 2000.[STA96] Staretu I. Sisteme de prehensiune. Ed. Lux Libris, 1996.[STA01] Stareţu I şa Mâini mecanice. Mecanisme antropomorfe de prehensiune pentru protezare şi roboţi. Editura LuxLibris, Braşov 2001.[STA04] Stareţu I Elemente de roboticămedicală şi protezare. Editura Lux Libris, Braşov 2004.[VÂN99]Vântu M Programarea roboţilor industriali. Ed. Aldus, Braşov 1999.
52
[SIC04] Siciliano B. Robotica industriale. Slide-uri curs. www.prisma.unina.it[BOR03] Borangiu Th. Advanced Robot Motion Control. Ed. AGIR. 2003[BOR02] Borangiu Th. Robot Modelling and Simulation. Ed. AGIR. 2002[BOR01] Borangiu Th. Robot-Vision. Mise en oeuvre en V+. Ed. AGIR. 2001[WES00] Westerlund L. The Extended Arm of Man. A History of the Industrial Robot. . Informationsfolaget.2000.
Bibliografie generală, volume publicate în engleză, italiană
LANŢURI CINEMATICE DE GHIDARE, POZIŢIONARE, ORIENTARE ŞI VERTEBROIDE
Tudor PăunescuRPTCM 9.1
1
GHIDAREA, LANŢURILE DE GHIDARE
LANŢURI CINEMATICE DE GHIDARE, POZIŢIONARE,
ORIENTARE ŞI VERTEBROIDE
POZIŢIONAREA, LANŢURILE DE POZITIONARE
ORIENTAREA, LANŢURILE DE ORIENTARE
MICROORIENTAREA, LANŢURILE VERTEBROIDE
2
GHIDAREA, LANŢURILE DE GHIDARE
Se consideră un corp rigid, căruia i se asociază un sistem de coordonate triortogonal drept(OXYZ) cu originea în O, numit PUNCT CARACTERISTIC (PC), raportat la un sistem decoordonate fix (O0X0Y0Z0).
GHIDAREA corpului constă în POZIŢIONAREA punctului caracteristic (coordonateleliniare x, y, z) şi ORIENTAREA acestuia (coordonate unghiulare ).
Ghidarea efectuată de RI se poate face prin:
γβα ,,
1. Lanţuri cinematice deschise (LCD), RI serie
1.1. LCD structurate în LP şi LO: LG= LP-LO, analogia antropomorfica (fig. 1);1.2. LCD nestructurate în LP şi LO;1.3. LCD structurate în LP şi LV (lanţ vertebroid) (fig. 2);1.4. LCD format doar din LV;
2 Lanţuri cinematice inchise (LCI), platforme DELTA, STEWART, vezi RI paraleli
3. Lanţuri complexe deschise, LCI înseriate (fig. 3), soluţie rar aplicată din cauzacomplexităţii sistemului de comandă. 3
Fig. 1. LG structurat în LP si LO Fig. 2. LG structurat în LP si LVFig. 1. LG structurat în LP si LO Fig. 2. LG structurat în LP si LV
Fig. 3 LG format din mai multe platforme Stewart înseriate 4
Prototipul LOGABEX este destinat intervenţiilor în mediul puternic radioactiv al
centralelor nucleare. Braţul robot are 24 de grade de mobilitate (patru platforme Stewart
înseriate). Este evident mult mai rigid decât un robot serial, dar problemele legate de
comandă sunt dificile (de exemplu rezolvarea cinematicii inverse). 5
Gradul de mobilitate a lanţului de ghidare
Pentru un RI serial (cu LG având la baza un LCSD) format din C5 cuple monomobile(uzual R, T), care lucrează într-un spaţiu cinematic fără constrângeri (nu există mişcări debază care să fie inaccesibile tuturor elementelor cinematice ale LC), gradul de mobilitate secalculează cu relaţia: M=C5 (vezi fig.1 M=6, fig. 2 M=8).
Mobilitatea calculată luând in considerare doar caracteristicile structurale ale LG (numarulşi natura cuplelor, elementelor cinematice ) este o mobilitate globală a LG.
Dacă se iau în considerare şi parametrii geometrici ai elementelor cinematice, limiteledeplasarilor din cuplele LG, se poate calcula o mobilitate locală a LG, care pentru oconfiguraţie oarecare a LG poate fi mai mică sau egală cu cea globală.configuraţie oarecare a LG poate fi mai mică sau egală cu cea globală.
Exemplu de calcul a mobilitatii locale pt. un LG cu şase mobilitati (LG6).Se presupune cunoscută schema cinematică a LG.
notaţii:q1 …. q6 deplasările în cuplele LG6 (coordonatele articulare);x1 …. x6 coordonatele liniare+unghiulare ale obiectului manipulat (poziţiile, orientările
sistemului OXYZ asociat obiectului manipulat faţă de O0X0Y0Z0 )Se presupun cunoscute deplasările în cuplele LG şi se cer poziţia si orientarea obiectului
manipulat xi=xi(q1 … q6 ), i=1...6, → problema cinematică directă (PCD).Se presupun cunoscute poziţia si orientarea obiectului manipulat, se cer deplasările în
cuplele LG qi=qi(x1 … x6 ) ), i=1...6, → problema cinematică inversă (PCI). 6
Problema cinematica directa
q xProblema
cinematica inversa
x q
Fig. 4 Problemele cinematicii RI
Pentru a determina mobilitatea locală a LG, trebuie verificat dacă într-un punct al SO LG arecapacitatea de a poziţiona si orienta obiectul manipulat conform valorilor impuse. Deci în esenţătrebuie rezolvată PCI.
În general PCI este dificil de rezolvat deoarece sistemul x =x (q …. q ), i=1..6, este puternicÎn general PCI este dificil de rezolvat deoarece sistemul xi=xi(q1 …. q6 ), i=1..6, este puternicneliniar (de cele mai multe ori transcendent). Considerând ca toate condiţiile sunt îndeplinitexi=xi(q1 …. q6 ), i=1..6, poate fi liniarizat local prin diferenţiere:
(1)
dacă se fac aproximaţiile sistemul 1, în necunoscuteleeste liniar.
Dacă LG poate realiza orice deplasare finit mică a OM în vecinatatea unuipunct al SO rezultă ca pentru acel punct LG este hexamobil. Sistemul 1 trebuie sa fie compatibildeterminat pentru necunoscutele deci determinantul (iacobianul) trebuie să fienenul.
;6...1,,6
1
=∂
∂=∑
=
jidqq
xdx j
j j
ii
,6...1,,, =≈∆≈∆ jiqxqdxx jjii jq∆
,6...1, =∆ ixi
,6...1, =∆ jq j 7
0
...
............
............
...
6
6
2
6
1
6
6
1
2
1
1
1
≠
∂
∂
∂
∂
∂
∂
∂
∂
∂
∂
∂
∂
=
q
x
q
x
q
x
q
x
q
x
q
x
J
Dacă, pentru o configuraţie oarecare a LG, J = 0 rezultă că în punctul respectiv al SO
(2)
Dacă, pentru o configuraţie oarecare a LG, J = 0 rezultă că în punctul respectiv al SO
mobilitatea locală a LG este inferioară celei globale, deci capacitatea de ghidare este
diminuată, LG este într-o configuraţie singulară.
Punctele SO în care LG este în configuraţii singulare trebuie, în general, evitate în
aplicaţii, deoarece în acele puncte şi în proximitatea lor robotul are o mobilitate
inferioară celei globale pe care se contează
Uzual RI universali au şase grade de mobilitate. Pentru anumite aplicaţii, unde se
utilizează RI/manipulatoare dedicate, pot fi necesare mai multe sau mai puţine grade de
mobilitate decât 6. 8
Un robot redundant cinematic are mai multe grade de mobilitate ale LG decât cele
necesare pentru a defini poziţiile şi orientările end-efectorului.
Un RI care operează în spaţiul 3D şi care are 6 grade de mobilitate este un RI
neredundant, un RI cu M>6 este redundant. (exemple de roboţi redundanţi)
Redundanţa cinematică a roboţilor este utilă în următoarele cazuri:
- Roboţii care lucrează în medii ostile şi îndepărtate de baza logistică: spaţiul cosmic,
submarin, incinte puternic radioactive sau contaminate chimic. În aceste situaţii o defectarea
a robotului poate avea efecte catastrofale. În consecinţă aceştia sunt concepuţi ca toleranţi la
defecţiuni (fault tolerance). De exemplu roboţii hiperedundanţi serpentiformi (vezi
proiectul Snakebot-NASA, proiectele Polybot şi Polypod din cursul introductiv). Dacă apare
o defecţiune la una din modulele robotului intervine o frână care îl blochează pentru a
împiedica mişcările necontrolate, sistemul robot având capacitatea să-şi continue activitatea
cu funcţiile puţin diminuate. La nivelul controlului problema este foarte dificil de rezolvat.
- Pentru ocolirea de obstacole prin curbarea LG.
- Roboţii redundanţi pot fi optimizaţi cinematic şi dinamic într-un grad superior în
comparaţie cu cei neredundanţi. 9
ROBOTUL IA20-MOTOMANWWW.MOTOMAN.COM
R
Robotul IA20 este de tipantropomorf cu 7 grade demobilitate, printre foartepuţinii roboţi industrialiredundanţi existenţi pe piaţă.Este poreclit robotul şarpedatorită zvelteţii şimanevrabitităţii mari care îipermite să lucreze în locurigreu accesibile.
1R
10
Aplicaţii:
-Servire maşini unelte şi utilaje;
-Asamblare.
11
ROBOTUL DA20-MOTOMANWWW.MOTOMAN.COM
RI DA-10 este un robot humanoid,
destinat aplicaţiilor de asamblare fără
dispozitive statice de prindere, servire
MU, împachetări în locuri de muncă de
dimensiuni şi sarcini comparabile cu
cel umane (capacitatea de încărcare a
fiecărui brat este de 20Kg)12
13
2. POZITIONARE, LANŢURILE DE POZIŢIONARE
LP au functia principală de a poziţiona obiectul manipulat:- LP2 generează o suprafaţă de operare (SO2);- LP3 generează un volum de operare (SO3);LP cele mai utilizate au la baza LCSD, formate din cuple de rotaţie (R), de translaţie (T), în
poziţii relative II sau ⊥, pentru două cuple monomobile succesive.În consecinţă rezultă 7 variante de LP2 viabile (T II T nu generează SO2):
Prin poziţionarea unui corp se înţelege mişcarea acestuia de la o poziţie nedefinită sauoarecare la una dată, neluându-se în considerare orientarea corpului (VDI 2860/90).
În consecinţă rezultă 7 variante de LP2 viabile (T II T nu generează SO2):1. R ⊥⊥⊥⊥ R, 2 R II R, 3. R ⊥⊥⊥⊥ T, 4. R II T, 5. T ⊥⊥⊥⊥ R, 6. T II R, 7. T ⊥⊥⊥⊥ T.şi 20 de varinte de LP3, concentrate în tabelul de mai jos:
Observaţii1. LP3 au fost agregate din câtedouă LP2 care au în comunultima şi prima cuplă, din primulrespectiv al doilea LP2.2. În tabelul alăturat au fostbarate LP care nu genereazăSO3.3. Simbolurile II, ⊥ la exponentindică orientarea ultimei cuplefaţă de prima.4. Din cele 20 LP3 se folosescpractic doar 6 (RI cartez, cil .....)
14
Criterii de apreciere a calitaţii spaţiilor de operare
c1. Gradul de adecvare a formei SO la distribuţia spaţială a posturilor de lucru pe care le
serveşte R I → max.
c2. Volumul SO → max
Criteriul se aplică când lungimile elementelor cinematice ale LG comparate sunt apropiate
(RI/manipulatoare cu gabarite apropiate).
c3. Volumul SL → min
Criteriul este operant pentru medii cu obstacole.
c4. Volumul subspatiului SO in care punctele pot fi atinse prin configuratii multiple → max.
Criteriul este operant in cazul unor aplicaţii la care în SO există numeroase obstacole. În
general, RI nu exploatează configuraţiile multiple din cauză că acesta complică rezolvarea
modelului geometric invers, care ar astfel avea soluţii multiple şi deci ar fi necesară intervenţia
unor criterii suplimentare de selecţie.
c5. Dependenţa preciziei de pozitionare de precizia de poziţionare în cuplele LG si de poziţia
punctului în SO → min.
Pentru RI universali sunt avantajoase SO în care precizia de poziţionare este puţin
dependentă de poziţia punctului în SO sau chiar independentă (vezi roboţii în coordonate
carteziene) deoarece restricţiile de plasare a posturilor de lucru vor fi mai reduse . 15
2. ORIENTAREA, LANŢURILE DE ORIENTARE
Lanţul cinematic de orientare (LO) are ca funcţie principală deplasarea unghiulară a
obiectului manipulat. Mecanismele de orientare au aceeaşi funcţionalitate cu cea a
încheieturii mâinii umane, care prin articulaţia radio-carpiană realizează mişcările elementare
de rotaţie: flexie-extensie, abducţie-adducţie, pronaţie-supinaţie.
LO au în general la baza LCSD formate din cuple R, cu axe ortogonale sau oblice pentru
cuplele succesive.
Criterii de apreciere a calitaţii LOCriterii de apreciere a calitaţii LO
c1. Spaţiul de lucru asociat LO →→→→ min
Criteriul este important în aplicaţiile în care mediul
de lucru este plin de obstacole. În general,
o condiţie necesară este ca LO să fie simetric.
c2. Numărul si forma configuraţiilor singulare →→→→ min
De exemplu LO3 sferic, frecvent folosit (vezi figura
alăturată) prezintă o configuraţie singulară când este întins,
LO3 putând să rotească obiectul doar după două axe. Fig. 5. Exemplu de LC sferic utilizat ca LO316
c3. Capacitatea de orientare a LO →max
Capacitatea de orientare a LO se poate aprecia corect dacă se consideră LO integrat în
LG. Într-un punct al SO, care este şi punctul caracteristic al obiectului, se consideră că este
plasată o cuplă sferică, astfel LG, iniţial lant cinematic deschis devine lanţ cinematic închis.
Unghiul de serviciu este unghiul solid care conţine
mulţimea dreptelor caraceristice.
Avându-se în vedere că valoarea maximă a unghiului
de serviciu este 4π, uzual se foloseşte indicatorul de serviciu este 4π, uzual se foloseşte indicatorul
adimensional ks:
[ ]1...0,4
∈= ksksπ
γ
Coeficientul de serviciu mediu ksmed (în tot SO) se calculează cu:
∫∫∫
∫∫∫
Ω
Ω=dxdydz
dxdydzks
ksmed
c4. Ortogonalitatea axelor este avantajoasă dpdv tehnologic.
c5. Pentru RI universali, dar şi pentru anumiţi RI dedicaţi rotabilitatea axelor → max.
c6. Simetria faţă de axa ultimului element cinematic al LP asigură momente de inerţie mici,
mai ales dacă prima cuplă a LO este coaxială cu axa amintită. 17
EXEMPLE DE ARHITECTURI ALE MECANISMELOR DE ORIENTARE
Robotul industrial R17, firma Strobotics (www.strobotics.com)
Lanţul de orientare este bimobil (cuplele D şi E). Pentru mărirea rotabilităţii cupla D este plasată excentric faţă de ultimul
EC al LP. Observaţi şi echilibrarea antebraţului şi braţului robotului prin motoarele electrice pas cu pas18
Familia UX, firma Kawasaki
RI universali care sunt dotaţi cu
mecanisme de orientare trimobile, care au la
bază lanţuri cinematice sferice.
19
Robotul industrial KR3, firma Kuka(www.kuka-roboter.com)
K3 sunt RI de dimensiuni mici, precişi (cap. înc. 3 kg,
repetabilitate ± 0,05 mm).
Pentru mărirea rotabilităţii celei de a doua cuple a LO a > b.
20
Observaţii privitoare la LO2(suplimentar)
Rotabilitatea maximă în cuple,concurenţa axelor de mişcare, simetria
fată de axa ∆ (axa ultimei cuple a LP),ortogonalitatea axelor sunt dezideratecontradictorii.1. Creşterea unghiului de de rotaţie într-ocuplă poate impune renunţarea la intersecţiaaxelor (LO2 din fig. 8 b versus 8a);
Fig7. Exemple de LO2 [Teză doctorat Dahabreh R]
axelor (LO2 din fig. 8 b versus 8a);2. Realizarea rotabilitaţii complete în celedouă cuple ale LO2 poate presupune:
- păstrarea ortogonalitaţii şi renunţarea lala simetria faţă de axa delta (fig. 8c, dsau fig.8e, f);
- renunţarea la ortogonalitatea axelor derotaţie (fig. 8e, g).
LO2 cu rotabilitate completă a celordoua cuple sunt cele reprezentate în figurile:8d, 8f şi 8g. 21
Observaţii privitoare la LO3(suplimentar)
1. Cresterea unghiului de de rotaţie într-ocuplă poate impune renunţarea la intersecţiaaxelor (fig. 9h şi i);2. Realizarea rotabilităţii complete în cele treicuple ale LO3 poate presupune:
- păstrarea ortogonalitaţii şi renuntarea lala simetria faţă de axa delta (fig. 8c, d saufig.9l,n);- păstrarea concurenţei într-un punct şi
renunţarea la ortogonalitatea axelor (fig. 9l, o).LO3 cu rotabilitate completă a celor trei
cuple sunt reprezentate in figurile: 9n, 9o.LO3 din fig. 9o are rotabilitate completă,
axele sunt concurente si abateri relativ
reduse de la simetrie.
Simetria fata de axa ∆ este importantă maiales daca LP are elemente cinematice careaparţin unui plan, deoarece LO nu va introducemase excentrice. Ortogonalitatea axelorimplică avantaje in modelarea analitica a LO.La fel şi concurenţa (mecanisme sferice).Fig 8. Exemple de LO3 [Teză doctorat Dahabreh R] 22
2. MICROORIENTAREA, LANTURI VERTEBROIDE
Lanţurile cinematice vertebroide (LV) efectuează o microghidare a obiectului manipulat(orientare şi micropozitionare). Spre deosebire de LG LV sunt destinate microghidarii unuiobiect în spaţii de tip labirint, ca urmare a curbării si/sau torsionarii LV.
Definitie: Lanţul deschis vertebroid (LDV)esteun lanţ cinematic simplu, deschis cu cuplede rotaţie (R) şi/sau cuple sferice (S), careprin compunerea deplasărilor unghiularerelative se poate curba independent în două
Fig.9. RI cu mecanism vertebroid
plane şi/sau torsiona.
În general LV înlocuiesc LO în medii de lucruîn care există numeroase obstacole (fig 9), darpot fi utilizate şi autonom (roboți serpentiformi).
Din cauza acţionării dificile a unui numărmare de axe se utilizează şi mecanismenedesmodrome cu precizii mai reduse.
De obicei LDV realizeaza doar curbările,torsionarea nefiind obtinută prin însumareaunor microtorsionări, ci prin rotaţia longitudinalăa elementului cinematic portprehensor.
23
Mecanisme nedesmodrome de orientare
Desmodromie ( determinabilitate cinematică, etimologie gr. desmis + dromos =drum legat): la o poziţie dată a elementului/elor conducător/e toate celelalteelemente ale LC au poziţii şi orientări univoc determinate.
Mecanismul vertebroid din figura alăturată are la
Mecanism: lanţ cinematic care are un element fixat(bază) şi este desmodrom.
bază un lanţ deschis cu trei cuple sferice cu ştift, decigradul de mobilitate este m=3 x 2=6.
Pentru acţionare se utilizează 4 motoare fluidiceliniare, deci mecanismul este nedeterminat cinematic (4< 6).
Forţele motoare se transmit prin cablurile(tendoanele) 4. Între EC sunt plasate arcurile 4. Dacăarcurile au caracteristici foarte apropiate şi frecările dincuple sunt mici, curbarea spaţială a MV este relativuniformă şi precisă. Astfel de MV nedesmodrome seutilizează rar în robitica industrială. 24
Deoarece cea mai importantă caracteristică a LDV este capacitatea de curbare, acestea sesistematizează în continuare pe baza modului de realizarea a curbării [Dud87]:
1. LDV care realizează curbarea într-un singur plan.LDV este format din mai multe cuple de rotaţie cu axe paralele i=2 ...n prima cupla R cu axaperpendiculară pe celelalte are rolul de a “spaţializa” LDV (fig. 10 a).
2. LDV cu axe oblice, în care curbarea se efectuează într-un singur plan (fig. 10b).3. LDV care realizează două curbări independente în două plane perpendiculare.
LDV este format din cuple R cu axe perpendiculare (articulaţii cardanice), cele avândnumere de ordine impare realizează o curbare într-un plan, celelalte în celălalt plan (fig. 10c).
Două cuple R succesive, cu axe perpendiculare pot fi înlocuite cu o cuplă sferică cu ştift,rezultând astfel un LDV format din cuple sferice.
Fig. 10. Exemple de lanturi deschise vertebroide 25
1. MOTOARE ŞI TRANSMISII ÎN ROBOTICA
INDUSTRIALĂ
3. ROBOTOMECANISME PENTRU ACŢIONAREA
CUPLELOR DE ROTATIE
2. ROBOTOMECANISME PENTRU ACŢIONAREA
CUPLELOR DE TRANSLAŢIE
Tudor Păunescu RPTCM 13.11
[KLU99] Glenn Kenneth Klute, Artificial Muscles: Actuators for Biorobotic Systems, PH D Thesis, Univ Washinton. 1999.
[DUN05] Charlie Duncheon. Robots will be of service with muscles, not mtors. Industrial Robot: An International Journal. 32/6
(2005) 452–455
[TON97] Bertrand Tondu. The McKibben muscle and its use in actuating robot-arms showing similarities with human arm
behaviour. Industrial Robot Volume 24 · Number 6 · 1997 · pp. 432–439.
[SLA94] Rolf Slatter, Graham Mackrell. Harmonic Drives in Tune with Robots. Industrial Robot. Vol. 21 No. 3, 1994, pp. 24-28
Fig.4. MoR cu paletă acţionat pneumatic, firma Gemotec (www.gemotec.com)
MoR fluidice (pneumatice sau hidrostatice) cu paletă asigură vitezele unghiulare necesarerobotomecanismelor. În general oprirea precisă se face la capete de cursă, deci doar două opriri, etanşareapaletei ridică probleme, din această cauză acţionarea H este rar aplicată.
MoR pneumatice cu paletă necesită utilizarea absorbitorilor de şoc la capetele de cursă (vezi poziţiile10,13, 14, 22 şi 23 din figura de mai sus) care măresc gabaritul şi masa modului.
Familia de module MR50 ...400 asigură rotaţii 0 ... 1800, Mt = 0.7 ... 36 Nm la p=6 bar, au capacitate deîncărcare 800 ... 500 N, precizie de repetabilitate ± 0.0220, masa = 0.65 … 15.3 kg.
6
1.2.2. MOTOARE HIDRAULICE ÎN ROBOTICA INDUSTRIALĂ
Acţionarea hidraulică a RI depăşeşte o parte din limitările celei pneumatice datorită faptului că uleiul
este practic incompresibil şi că se lucrează cu presiuni mult mai mari, deci forţa specifică a unui MH este
mare.
Elementul mobil al unui MH este controlabil în orice punct al traiectoriei, deci RI hidraulici pot executa
sarcini mult mai complexe decât cei acţionaţi pneumatici.
- Datorită faptului că se lucrează cu motoare cu forţă specifică mare, de obicei transmisiile dintre MH şi
cupla acţionată lipsesc (transformarea directă a unei cuple în motocuplă) fapt ce simplifică construcţia RI.
- Deoarece partea masivă a acţionării H (rezervorul de ulei, pompa, panoul hidraulic) este plasată în- Deoarece partea masivă a acţionării H (rezervorul de ulei, pompa, panoul hidraulic) este plasată în
afara RI, aceştia sunt relativ zvelţi şi puternici, în consecinţă RI hidraulici se utilizează pentru manipularea
unor obiecte cu mase mari, însă tendinţa actuală este de înlocuire a acestora cu RI acţionaţi electric.
Principalele dezavantaje ale acţionării H a RI sunt:
- consum energetic ridicat;
- pericolul scurgerilor de ulei îi elimină din mediile industriale curate;
- un răspuns rapid la comenzi necesită servovalve scumpe;
- variaţia vâscozităţii uleiului cu temperatura limitează aplicabilitatea RIH;
- dacă se ia în considerare tot ansamblul RI şi accesoriile acţionării H (rezervorul de ulei, pompa,
panoul hidraulic) gabaritul este mare.7
1.2.3. MOTOARE ELECTRICE ÎN ROBOTICA INDUSTRIALĂ
Acţionarea electrică a RI are tendinţă de generalizare deoarece aceasta este relativ uşor controlabilă,
este ieftină şi fiabilă.
Principalul dezavantaj al acţionării electrice a RI este faptul că dacă se utilizează ME standard este
necesară o reducere puternică a turaţiilor de ieşire din motor, simultan cu o creştere a momentului de
torsiune, reductorul respectiv mărind masa şi gabaritul ansamblului. În consecinţă motoreductorul nu poate
fi plasat întodeauna în articulaţia acţionată ci undeva apropiat de baza RI şi în consecinţă mai este
necesară şi o transmisie mecanică. Lanţul cinematic reductor-transmisie mecanică pe lângă că complică
mult construcţia RI introduce erori datorită jocurilor şi deformaţiilor elastice şi scade randamentul mecanic.mult construcţia RI introduce erori datorită jocurilor şi deformaţiilor elastice şi scade randamentul mecanic.
Un concept cu potenţial de dezvoltare este plasarea ME direct în articulaţia LG a RI.
Tipuri de ME folosite în robotica industrială
Cele mai răspândite ME sunt cele de curent continuu (MECC) cu magneţi permanenţi. Gabaritul şi
masa acestora sunt dependente de forma şi construcţia rotorului: cilindrice sau disc (vezi fig. 5). Rotorul
cilindric din oţel are inerţie mare şi un răspuns dinamic slab. Rotoarele care au conductor de Cu înglobat
în epoxy au o masă mult mai mică. Dezavantajul acestora constă în capacitatea redusă a disipării căldurii,
în consecinţă au un regim de lucru restricţionat când trebuie să funcţioneze la turaţii mici şi cupluri mari.
8
Calitatea magneţilor permanenţi
influenţează puternic eficienţa globală
a ME. Cele ieftine au magneţi
permanenţi ceramici (ferite), rezultate
superioare se obţin cu magneţi din
pământuri rare. Aceştia din urmă sunt
interesanţi pentru robotică deoarece
ME pot produce momente de torsiune
mari la curenţi puternici fără riscul
demagnetizării. În plus aceste ME au
şi un gabarit mai mic.
MECC cu rotor cilindric MECC cu rotor disc
Fig. 5
şi un gabarit mai mic.
Punctul vulnerabil al MECC
clasice este comutaţia. Periile din
grafit şi cupru introduc frecări, uzură
şi scânteieri. Ultimul este principalul
factor de limitare a utilizării ME de
acest tip la RI.
Acest dezavantaj poate fi eliminat
dacă cablurile sunt plasate pe stator şi
magneţii pe rotor. Periile sunt înlocuite
cu comutaţia electronică. 9
Acest tip de ME se numeşte ME de curent continuu fără
perii, care evident că sunt mai fiabile decât cele clasice, au o
capacitate termică ridicată, dar dispozitivul de comutaţie este
complicat şi scump.
Fig. 6. Schema de principiu a MECC fără periiFig. 6. Schema de principiu a MECC fără perii
ME pas cu pas (MEPP) se utilizează la RI ieftini cu capacitate de încărcare mică. MEPP sunt
convertoare discrete impuls-pas unghiular/liniar. MEPP sunt elemente de acţionare discrete fiabile care pot
lucra în condiţii grele, sunt compatibile cu tehnica modernă a sistemelor de automatizare discretă.
Hardware-ul şi software-ul necesar comenzii fără feedback este simplu şi ieftin însă există riscul ca la
încărcări mai mari să se piardă paşi. În consecinţă dacă se doreşte o precizie şi siguranţă superioare de
lucrează în buclă închisă, dar care îi măreşte preţul.10
1.2.4. MUŞCHI ARTIFICIALI ÎN ROBOTICA INDUSTRIALĂ
O tendinţă de inspiraţie biologică în robotică este concentrarea cuplelor (de exemplu utilizarea unei
cuple sferice în loc de trei cuple de rotaţie înlocuitoare) cu efecte benefice asupra compactităţii şi simplităţii
RI. O astfel de cuplă este greu de acţionat prin mijloacele utilizate la acţionarea cuplelor monomobile
datorită compactităţii sale şi în consecinţă s-a adoptat soluţia unor muşchi artificiali care au un volum mic
şi un raport forţă dezvoltată/masămare.
Muşchii artificiali funcţionează pe baza mai multor principii:
- pneumatic;
- materiale tip elastomer dielectric care îşi modifică volumul la variaţia unui câmp electric.- materiale tip elastomer dielectric care îşi modifică volumul la variaţia unui câmp electric.
- materiale îşi modifică volumul sub acţiunea unui agent chimic, de obicei acid.
b. Cinematic nu se modifică nimicdacă satelitul 3 se plasează pe braţul 1prin intermediul rolei 6.
1.3.1.1. PRINCIPIUL CONSTRUCTIV AL REDUCTORULUI ARMONIC CU O TREAPTĂ
I O
Fig. 16. Schema de principiu a transformării unui transmisii planetare cu
roată centrală într-o transmisie armonică cu generator simplu (i = 80 ... 320)
prin intermediul rolei 6.c. Dacă se măreşte diametrul rolei 6
până când satelitul 3 devine flexibil, elpoate realiza corp comun cu tubul-cuplaj5.
d. Rola 6 are rolul de a obligaelementul flexibil 3-5 de a rula pe roatacentrală.
32
23
14RR
Ri
−=
unde R2 şi R3 sunt razele de rulare a elementelor 2 şi 3 (nedeformat)19
Fig. 17
20
Fig. 18 21
Avantajele reductoarelor armonice (RA) în comparaţie cu cele clasice [SLA94] :
- RA lucrează cu jocuri zero datorat preîncărcării roţii flexibile;
- reducere mare de turaţii într-o singură treaptă: 1/50 ... 1/320;
- randament ridicat de până la 85%;
- reversibilitate;
- datorită absenţei alunecării între dinţii aflaţi în angrenaj frecarea şi uzura sunt reduse;
- s-au pus la punct RE cu rigiditate torsională mare, care au o zonă de angrenare mai largă (de la un
procent de 15 % dinţi în angrenare la 30 % ).
Fig. 19. Unitate integrată cu ax tubular MECC-RA-Senzor de poziţie
În afară de avantajele legate de
gabarit şi cost redus a unităţilor
integrate ME-RA-senzor de poziţie,
dacă axul central este tubular prin ele
se poate introduce cablatură, alţi
arbori, furtunuri etc. aspect esenţial în
anumite aplicaţii (fig. 20)
22
b
Robot Kawasaki, tip SCARACurele dințate
aFig. 20
Fig. 20. a. Aplicarea unor unităţi integratede acţionare având ax central tubular la unRI tip SCARA care lucrează în medii curate.Două astfel de unităţi sunt plasate înpostamentul RI, putând fi astfel uşor izolatela mediul de lucru. Se observă plasarea lorcoaxială şi trecerea arborelui primuluimodul prin alezajul tubular al celui de aldoilea.
Fig. 20. b. Prin axul tubular al unităţii deacţionare integrate poate trece şurubul princare este acţionat magazinul de piesepentru plăci integrate. 23
1.3.2. Generalităţi despre transmisiile roboţilor industriali
Fig. 21
În figura de mai sus este reprezentată schema acţionării unui robot cu 5 grade de mobilitate pentru care
s-a aplicat principiile: plasarea motoarelor electrice grele cât mai aproape de baza RI, braţul robot-grindă de
egală rezistenţă
Cu J1 ... J5 au fost notate cuplele de rotaţie ale LG iar cu MR1 ... MR5 motoreductoarele
corespunzătoare. Prima cuplă prin care se realizează rotaţia braţului robot este antrenată direct de MR1. J2
este antrenată de MR2 printr-o transmisie simplă pinion-curea dinţară-roată. J3-MR3 prin pinion-curea
dinţată-roată liberă-curea dinţată-roată. J4-MR4 printr-un angrenaj conic. J5 este direct antrenată de MR5.24
Angrenajele melcate deşi au rapoarte de reducere relativ mari, se utilizează foarte rar în construcţia RI
deoarece au masă şi gabarit mari, randament mecanic scăzut η<0.5.
Angrenajele planetare au mase relativ mari, jocuri, construcţiile cu joc zero sunt scumpe, în consecinţă
nu sunt o soluţie optimă pentru Ri.
Transmisia cremalieră-pinion se utilizează în dublu sens pentru transformarea R-T. Este precisă şi
ieftină aplicându-se frecvent în robotica industrială.
Fig. 22.
Şurubul cu bile este o transmisie foarte eficientă R-T, are o precizie mare de poziţionare, are jocuri
nule, rigiditate mare şi fiabilitate ridicată însă este scumpă (vezi fig.31, 32 ).25
Mecanismele cu bare sunt utilizate ca şi contururi monomobile (fig. 2) sau bimobile (fig. 36, 37) pentru
transmiterea puterii la cuplele lanţului de poziţionare. Se mai utilizează ca mecanisme paralelogram (fig. 16,
17) sau dublu paralelogram (mecanism pantograf ) pentru conservarea orientării prehensorului (fig. 23).
În figura 23 este schema unei unităţi
flexibile de strunjire: semifabricatele sunt
plasate pe paletă fixă, RI este de tip portal
simplu.
Deoarece semifabricatul are mereu axa
orizontală s-a adoptat un mecanism dublu
paralelogram în componenţa mecanismuluiparalelogram în componenţa mecanismului
de ghidare. În consecinţă RI are 4 grade de
mobilitate, comparativ cu 5 grade de
mobilitate în cazul absenţei acestui
mecanism
Fig. 23
Curelele dinţate sunt utilizate în robotica industrială la transmiterea puterii pe distanţe relativ mari.
Principalele lor atuuri sunt: ieftinătatea, masă mici. Dezavantaje: elasticitatea şi controlul jocurilor în timp
care pot duce la o funcţionare a RI cu vibraţii.
Lanţurile pot înlocui curele dinţate. Nu au jocuri, au o rigiditate mult mai mare dar sunt grele.
[SHI04] Sung Ho Shin. Analytic integration of tolerances in designing precision interfaces
for modular robotics. Ph.D. Dissertation, The University of Texas at Austin, 2004.
2
1. NECESITATEA MODULARIZĂRII RI
Pentru volum mare şi variabilitate
mică de sarcini sunt necesare
productivitate şi fiabilitate înalte ale
sistemului de automatizare, cerinţe
realizate doar de echipamente
dedicate.
La cealaltă extremă: volum redus
şi variabilitate mare a sarcinilor dau
satisfacţie doar echipamentele
universale, care au flexibilitate
Fig. 1. Domeniul de aplicarea roboţilor şi
sistemelor automate modulare [GUI99]
maximă, deoarece doar un profit
marginal ridicat pot acoperi capitalul
investit şi costurile de întreţinere.
În cazul valorilor medii ale
volumului şi variabilităţii sarcinilor
trebuie realizat un compromis între
productivitate şi flexibilitate.
Flexibilitatea este asigurată capacitatea
de reconfigurare a unităţilor modulare
iar productivitatea prin optimizarea
celulelor de lucru modulare. 3
Definirea modulului
Subsistemul este caracterizat în principal de o funcţie dominantă. Modulul esteun subsistem care în plus are funcţiuni specifice.
Modulul este o unitate funcţională a cărui elemente structurale sunt puternicconectate între ele şi sunt relativ slab conectate cu elementele altor unităţi [HAN00].
Deci modulul este un subsistem aproape decompozabil dintr-un sistem.
Modulele pot fi construite în scopul agregării unor sisteme reconfigurabile sau
Definiţie MODUL: este un subsistem, de sine stătător (funcţioneazăindependent), poate să-şi îndeplinească funcţiunea într-o mare varietate de
condiţii exterioare, are capacitatea de interconectare cu alte module, cu careformează sisteme de rang superior.
Modulele pot fi construite în scopul agregării unor sisteme reconfigurabile saupentru a facilita procesul de producţie, întreţinere (vezi figura 10b din cursul 1, fişierRPTCM1 Def&Sist.ppt).Obiectul prezentului curs este prima categorie de sisteme robotice modulare.
4
Efectele pozitive, generale ale modularizării se reflectă în:
- Proiectare.
Creşterea calităţii proiectării, micşorarea timpului necesar dezvoltării, deoarece spaţiul de proiectareeste discret şi finit în comparaţie cu cel al unei proiectări convenţionale unde acesta este continuu şiinfinit. În general, responsabilitatea pentru proiectarea de detaliu a unui modul îi revine unei echipe puţinnumeroase sau unor furnizori externi. Ca urmare coordonarea, concentrarea pe o paletă mai mică deprobleme se face mult mai uşor. În sinteză concepţia modulară este “soluţia cea mai simplă de creare anoului, cu minimum de elemente de noutate” [CRI80].
- Producţie.
Ieftinirea relativă a modulelor, datorită limitării nomenclatorului de componente, simplificarea organizăriifabricaţiei, mărirea relativă a seriei deoarece o aceeaşi componentă poate fi folosită la mai multe produsemodulare.
- Piaţă.
Schimbarea rapidă a produsului. Un nou produs poate fi dezvoltat din module existente şi eventualunele noi.
Varietate mare de produse. Produsele modulare pot avea multe variante fără a creşte multcomplexitatea sistemului.
- Exploatare.
Scăderea preţului de cost al întreţinerii.
În cazul sistemelor modulare reconfigurabile procesul de reconfigurare este mult facilitat de faptul căutilizatorul priveşte modulul ca pe o cutie neagră (black box) cu interfeţe bine definite. Sistemelemodulare reconfigurabile construite din module identice (vezi roboţii modulari reconfigurabili) sunttolerante la defectări având un grad înalt de redundanţă.
5
Efectele negative ale modularizării RI (din punctul de vedere al utilizatorului):
- Pentru seturi modulare cu relativ puţine tipodimensiuni de module, imposibilitatea de a
agrega LG optim, relativ la aplicaţia dată, posibilă excedenţă sau insuficienţă funcţională.
- Anumite caracteristici funcţionale pot fi atinse mai greu în comparaţie cele ale unui sistem
care a fost proiectat în concepţie nemodulară.
- Anumite cerinţe speciale pot fi greu îndeplinite cu un sistem modular.
- Mase şi gabarite relativ mari ale modulelor, cu efecte nefavorabile asupra calităţilor
dinamice ale RIM, asupra erorilor de poziţionare, orientare datorate deformării elastice, asupradinamice ale RIM, asupra erorilor de poziţionare, orientare datorate deformării elastice, asupra
svelteţei mecanismului de ghidare.
Un modul monomobil include: policupla, motorul (pt. acţionarea cu motoare electrice o
frână, transmisia mecanică-reductorul armonic), sistemul de conectare mecanică care de
obicei include şi interfaţa energetică şi de comunicare. Pt. RI nemodulari controlerul este o
unitate separată care conţine interfeţele senzorilor, amplificatorii de putere, procesoarele de
control pt. toate articulaţiile LG, rezultă un număr mare de cabluri electrice de conectare
soluţie evident dezavantajoasă pt. RI modulari. În consecinţă la RI modulari se utilizează
hardware de control distribuit pe fiecare modul. 6
Un factor determinant în asigurarea succesului comercial al RI modular (RIM) este
reconfigurarea rapidă, precisă şi cu costuri mici. Actualmente, la nivelul utilizatorului
industrial, acest proces necesită mai multe etape relativ complicate. În condiţiile producţiei
flexibile durata reconfigurării raportată la cea a exploatării unei configuraţii a RIR este de multe
ori mare, fapt ce împiedică exploatarea economică a acestora.
Cele mai importante etape ale reconfigurării unui RI sunt:
- definirea sarcinii de lucru a RI;
- determinarea configuraţiei optime;
- reconfigurarea mecanică;
- generarea programului RI;
Concluzie: Robotii industriali modulari (RIM) sint destinaţi efectuării unor operaţii relativ
simple, aparţinând unor sarcini care nu durează mult şi având variabilitate relativ mare, în
medii unde nu sunt necesare viteze mari ale endefectorului, cu obstacole relativ puţine.
- generarea programului RI;
- calibrarea.
Dintre acestea, utilizatorul este specialist doar în prima etapă, restul ar trebui să se facă cu
ajutorul unor interfeţe utilizator prietenoase care să efectueze cu un grad cât mai mare de
automatizare.
7
Actualmente s-au impus seturile modulare cu acţionare pneumatică (P) şi electrică (E). Seturile
hidraulice (H) au fost practic eliminate datorită problemelor legate de etanşare la nivelul cuplării modulelor şi
cerinţelor de mediu curat pentru multe aplicaţii, costurilor relativ ridicate.
Capacitatea de încărcare a RI modulari
Datorită puterii specifice relativ reduse a acţionării P şi E comparativ cu H, seturile modulare sunt
destinate unor RI cu capacităţi de încărcare de ordinul kilogramelor.destinate unor RI cu capacităţi de încărcare de ordinul kilogramelor.
Controlabilitatea
P este mult mai puţin controlabil decât E fiind un mediu compresibil şi mult mai sensibil la perturbaţii
(temperatură etc).
Complexitatea sarcinilor
Un modul cinematic monomobil P poate fi precis controlat în două puncte (capetele de cursă ale
motorului P) şi imprecis într-un punct intermediar. Deci un RI cu lanț cinematic simplu deschis, agregat din
module monomobile poate lucra cu 2n configuraţii ale LG, unde cu n s-a notat gradul de mobilitate a LG.1
De exemplu, pentru un LG cu n=6, caz rar întâlnit, rezultă 26 = 64 de configuraţii cu care
evident nu se pot realiza sarcini complexe, traiectorii complicate.
Deoarece un modul acţionat electric poate fi teoretic controlat într-o infinitate de puncte din
intervalul de mişcare a cuplei, traiectoriile generate de acest tip de RI pot fi mult mai complexe.
Complexitatea LG modulare
RI modulari P sunt destinaţi unor operaţii simple “pick and place”, servire un utilaj sau o MU,
având în general 3, 4 grade de mobilitate. Aplicaţiile RI modulari electrici se bazează pe LG
complexe având 6 grade de mobilitate şi mai mult pentru RI redundanţi.complexe având 6 grade de mobilitate şi mai mult pentru RI redundanţi.
Precizia
Modulele P şi E au precizii de repetabilitate comparabile:
- εT = ± 0.01 ... ± 0.05 mm
- εR = ± 0.02 ... ± 0.050.
Costuri
Costul unui RI modular E este mai mare decât a unuia P, datorită complexităţii constructive a
MC cât şi a sistemului senzorial, de control, de programare.
2
FUNCŢIILE PREHENSORULUI
PREHENSOARE I
Tudor PăunescuRPTCM 2013
PREHENSOARE VACUUMATICE
PREHENSOARE MAGNETICE
1
[STA96] Staretu I. Sisteme de prehensiune. Ed. Lux Libris, 1996.[STA01] Stareţu I şa Mâini mecanice. Mecanisme antropomorfe de prehensiune pentru protezare şi roboţi. Editura Lux Libris, Braşov 2001.[PĂU92] Păunescu T. Robotizarea proceselor tehnologice în construcţia de maşini. Ed. Univ. Braşov. 1992.[HES00] Hesse Stefan. Grippers and their applications. Festo AG 2000.[WOL05] Andreas Wolf. Grippers in Motion. Springer 2005.
Documentaţie firme, universităţi:
www.dimec.unige.it
www.grippers.com
www.schunk.de
http://us.schmalz.com
BIBLIOGRAFIE
http://us.schmalz.com
www.ccmop.com
www.grip-gmbh.com
www.sapelem.fr
www.robotics.com
www.piab.com
www.cscolumbia.edu
www.techno-sommer.com
www.barett.com
www.ati-ia.com
www.phd.inc
www.pushcorp.com
www.automax.fr
www.destaco.com
www.sasgripper.com
www.goudsmit-magnetics.nl
www.liros.se 2
1.1. MÂNA UMANĂ
Principiul “triadei” utilizat în biostructura majorităţii vertebratelor:
- macrostructura scheletelor: cap - trunchi - membre;
Fazele funcţiei de apucare:- poziţionarea şi centrarea prehensorului faţă de obiectul manipulat (OM);- rigidizarea elementelor de contact ale prehensorului cu OM;- menţinerea (conservarea) rigidizării in timpul manipulării obiectului;- desprinderea prehensorului de OM.
Procesul de apucare necesită imobilizarea OM faţă de bacurile prehensorului şi simultanimobilizarea ansamblului prehensorului în raport cu ultimul element al LG.
Stările OM în timpul manipulării:- OM liber;- OM prehensat de mâna mecanică;- OM prehensat de mâna mecanică;- OM imobilizat de dispozitivul postului de lucru;- OM imobilizat simultan de prehensor şi de dispozitivul postului de lucru (DL).
Datorită impreciziei de poziţionare şi orientare a prehensorului faţă de OM, în starea a 4-apoziţia OM nu este determinată. Dubla închidere poate genera forţe periculoase în “corpulrigid”: OM - prehensor - LG - baza - structura mecanică a PL - dispozitiv de fixare a OM laPL - OM.
4
Depăşirea acestei stări potenţial periculoase se poate realiza, în principiu, prin două moduri de acţiune:
- 1. Eliminând erorile de poziţionare şi de orientare a ale prehensorului faţă de OM.
Acesta se realizează prin micromişcări de corecţie, ponderea cedărilor elastice ale diferitelor elemente
implicate fiind minoră:
-1.1. Microghidarea: LG rămâne imobil, se corectează poziţia şi orientarea OM faţă de prehensor
prin modificarea poziţiei relative a degetelor şi a punctelor de contact. Datorită complexităţii, soluţia
nu este deocamdată aplicată în robotica industrială.
-1.2. Reghidarea OM, LG corectează poziţia şi orientarea prehensorului faţă de OM. Soluţia este-1.2. Reghidarea OM, LG corectează poziţia şi orientarea prehensorului faţă de OM. Soluţia este
aplicată şi se numeşte complianţă activă (CA).
- 2. Cedarea elastică a unor elemente aparţinând sistemelor care participă la dubla închidere a OM.
- 2.1. Cedarea la nivelul structurii mecanice a LG, “complianţă selectivă” la RI demontaj tip SCARA
(vezi cursul 1);
- 2.2. Cedarea la nivelul degetelor prehensorului, prin elemente elastice;
- 2.3. Cedarea la nivelul zonei de asamblare între prehensor şi elementul terminal al mecanismului
de orientare (complianţa pasivă (CP)). CP este realizată de obicei printr-un dispozitiv specializat
(dispozitiv de complianţă) sau poate face parte chiar din construcţia prehensorului.5
DC au uzual urmatoarele structuri [Sta96]:
- dispozitiv cu complianţă necontrolată;
- dispozitive cu centre de complianţă. Dispozitivele (modulele) cu complianţă
necontrolată sunt simple, nepretenţioase, se
bazează pe elemente elastice care se
deformează necontrolat pentru a compensa
erorile de poziţie şi orientare între piesa prinsă
într-un dispozitiv de fixare şi prehensor.
Soluţia se aplică de obicei la RI care servesc
MU/utilaje, nu şi la asamblări.
Aplicaţia din figura 1a: montarea unei piese într-
un universal de strung. Prin împingerea realizată
[HES00]
Fig. 1a
Fig.1b
Fig.1c
un universal de strung. Prin împingerea realizată
de RI piesa este obligată să se aşeze corect pe
suprafeţele plane ale bacurilor, la închiderea
acestora se anulează şi eroarea de
necoaxialitate piesă-axa mandrinului universal
prin deformarea arcurilor.
Aplicaţia 1b: utilizează ca element deformator o
placă de cauciuc.
Aplicaţia 1c: un set de arcuri cu dispunere
similară celei din aplicaţia a.6
[HES00][HES00]
Soluţia din figura de mai sus (complianţă necontrolată) se
aplică în operaţii de asamblare.
Prehensorul este montat pe un con centrat într-un alezaj
conic. Când nu există forţe axiale de împingere deoarece
arcul obligă la contact cele două suprafeţe conice
prehensorul cu piesa apucată ocupă o poziţie şi orientare
precise. La montaj dacă bolţul 5 ia contact pe teşitură cu
alezajul din piesa 6 este generată o forţă axială care
comprimă arcul şi apare un joc între suprafeţele conice. În
acesta situaţie prehensorul se poate înclina şi se continuă
inserţia.
Prehensorul bidactil sincron din figura 2 este dotat şi cu un
împingător 3 acţionat de către doi minicilindri pneumatici cu
simplu efect.
După ce se ajunge în poziţia de instalare a obiectului
prehensat (4), bacurile (5) se îndepărtează, elementul de
apăsare obligă la un contact corect pe suprafaţa plană a
dispozitivului de prindere al postului de lucru. Urmează
strângerea semifabricatului în dispozitiv, astfel evitându-se
dubla închidere prin forţă a semifabricatului.
Fig.1dFig.2
7
Legatura elastică între prehensor şi ultimul element al mecanismului de orientare, sub acţiunea forţelor apărute în timpul
montajului, permit rotaţia ansamblului prehensor - OM în jurul unui centru de complianţă, sau în jurul a doua centre de
complianţă.
c)
Fig. 3
Dispozitivul de complianţă din figura 3a are la bază un mecanism paralel tip platformă Stewart.
Dispozitivele din figurile 3b şi 3c sunt de tip RCC (Remote Compliance Center) cu un centru de complianţă (marcat cu O
în fig. 3b) care folosesc ca elemente elastice lamele din oţel, respectiv cauciuc..
Detalii constructive ale acestor module se găsesc în subcapitolul Sisteme auxiliare – Module de complianţă în
Prehensoare II (05.2-RPTCM preh_vx.z.pps)8
Pentru facilitarea căutării se mai poate ataşa dispozitivului de complianţă pasivă un subsistem vibrator (sute de hertzi), de
natura electromagnetică sau pneumatică. Solu’ia este rar aplicat[
Calculul gradului de mobilitate a dispozitivului de complianţă
Notaţii:
- mdo mobilitatea OM în dispozitivul PL;
- mpo mobilitatea OM în prehensor;
- mdp mobilităţi comune ale OM în dispozitiv şi prehensor;
- mc mobilitatea modulului de complianţă. Fig. 4.
( )[ ] pododpdppodoc mmmmmmm −−+=−+−= 66
În cazul exemplului din figura 5, unde semifabricatul este prins într-un universal, iar
prehensorul este de tip bidactil cu bacuri conice, rezultă:
mdo=0 (semifabricatul este complet rigidizat cu dispozitivul de lucru);
mpo=3 (rx, ry, rz);
mdp=0;
mc=6+0-0-3=3(tx, ty, tz) 9
2. PREHENSOARE VACUUMATICE
2.1. GENERALITĂŢI
Prehensoarele vacuumatice (PV) sunt prehensoare unilaterale (apucă piesa pe o singură parte), careutilizează ventuzele ca elemente de contact cu OM.
Metode de creare a vacuumului, aplicate la PV:
- prin apăsare a ventuzei pe suprafaţa OM. Metoda necesită o suprafaţă de aşezare fermă a OM pesuprafaţa opusă celei pe care se face prehensarea şi suprafeţe lucii care să nu permită scăpări de aer.Controlabilitatea este relativ redusă.
- prin efect Venturi, aerul comprimat este insuflat în corpul prehensorului, conform legii lui Bernoulli,presiunea statică scade şi în consecinţă se realizează priza cu OM.
- prin pompă de “vid”.
Baze teoretice (PRE)
- prin pompă de “vid”.Ultimele două variante permit prehensarea şi a unor suprafeţe pe care nu se face o etanşare foarte bună.
Nu se lucrează cu presiuni foarte mici deoarece consumul de energie devine foarte mare şi în plusventuzele sunt supuse la uzuri intense.
De exemplu scăderea presiunii de la 90 kPa la 60 kPa creşte forţacu aprox. 20 ... 40 % iar consumul de energie se majorează deaprox. 10 ori.
Deoarece forţa de ridicare este proporţională cu suprafaţaventuzei este mai avantajos să se lucreze cu depresiuni nu prea marişi cu ventuze cu suprafeţe majorate.
Prehensarea vacuumatică se foloseşte pentru m = 10-3 ... 102 kg.
www.piab.com
(1.0
13
mb
ar=
10
1.3
kP
a)
10
Metode uzuale de producere a vacuumului:
- a. Pompe de rotaţie sau alte tipuri de pompe.
- b. Efect Venturi.
- c. Ventuză adezivă.
- d. Sistem cu piston-cama de rotatie.
Condiţii impuse suprafeţelor OM prehensate vacuumatic:
- suprafeţele OM trebuie sa fie plane sau cvasiplane, să nu permita scăpări de aer, sau acestea să fie
relativ mici;
- absenţa impurităţilor de natura mecanică, lichide;
- limitări ale temperaturii suprafeţelor prehensate;
- deformabilitatea limitată a suprafeţelor prehensate. 11
Avantajele prehensarii vacuumatice:
- apucă obiectul doar pe o parte (caracteristică utilă pentru apucarea tablelor, geamurilor etc);
- aplică o presiune constantă pe o suprafaţă, nu concentrat ca în cazul prehensoarelor mecanice;
- varietatea de materiale ale obiectelor prehensate este mare, nu doar materiale feromagnetice;
- construcţie simplă, masă redusă, ventuzele sunt ieftine, la fel şi celelalte accesorii;
- compensarea, între anumite limite, a abaterilor de poziţie si orientare a OM, compensarea locală a abaterilor de forma a OM;
- posibilitatea de prehensare a unor piese mici si foarte mici;
- permit modularizarea, este posibilă adaptarea uşoară a sistemelor de ventuze la modificarea formei OM;
- întreţinere uşoară, montare/demontare rapidă.
Dezavantajele prehensării vacuumatice:
- precizie de poziţionare şi orientare limitată datorită deformabilităţii ventuzelor;
- forţa maximă de prehensare este limitată de suprafaţa ventuzelor;
- fiabilitatea relativ redusă a ventuzelor, dezavantaj partial compensat de pretul scazut al ventuzelor;
- timpi de prindere/desprindere relativ lungi in comparaţie cu prehensoarele magnetice;
- limitări ale aplicaţiilor datorate condiţiilor impuse calităţii suprafeţelor prehensate;
- tendinţa de deformare locală a pieselor care au rigiditate mică;
- consum relativ mare de aer comprimat, dacă nu se iau măsuri specifice (supape unisens duale, supape comandate de
palpatoare)
- necesitatea unor sisteme de siguranţă la căderea reţelei de aer comprimat, pentru PV care lucreaza cu efect Venturi sau
pompe de vid;
- suportă forţe perturbatoare relativ reduse in timpul manipulării OM. 12
2.2. ELEMENTE CONSTRUCTIVE
Reducerea consumului de energie
În cazul prehensării simultane a mai multe obiecte care auerori de poziţionare şi orientare, este posibil ca o parte din elesă nu poată fi apucate.
O soluţie neeconomică ar fi să se lucreze cu o pompăsupradimensionată, care astfel să poată suplini pierderile peventuzele care nu au putut să apuce obiecte.
O soluţie raţională este utilizarea unor supape unisens
www.piab.com
Fig. 6.
O soluţie raţională este utilizarea unor supape unisensduale integrate în corpul ventuzei:
a. Când ventuza este în proximitatea OM şi începepomparea, pierderile sunt mici deoarece supapa unisens esteînchisă şi există o legătură cu exteriorul prin orificiu de diametrumic. Pierderile rămân mici şi dacă se ratează ridicarea OM.
b. Când ventuza este poziţionată corect pe obiect va fievacuat doar micul volumul de aer de sub ventuză, decioperaţia de apucare va fi rapidă.
c. Eliberarea OM se face rapid deoarece supapa unisens sedeschide şi permite un debit relativ mare.
Soluţia se aplică, în general, la ventuze cu diametre 20 ...
50 mm, care apucă OM neporoase.
ww
w.p
iab
.com
Fig. 7. 13
- Piuliţă asigurare- Piuliţă reglaj poziţiesenzor de proximitate
-Senzor de proximitate- Arc compresiune
- Palpator- Corp
- Ventuză
În acelaşi scop se utilizează ventuze echipate cu
senzor de proximitate [Sommer]. Sunt utile în cazul
acţionării cu pompe de vacuum.
Depresiunea este aplicată doar când toate
ventuzele au luat contact corect cu obiectul/ele.
Ventuze care integrează supape normal închise,
acţionate de o tijă palpatoare. Sunt eliminate complet
pierderile
www.piab.com
Fig. 8.
Fig. 9.
- obiect prehensat
14
2.3. VENTUZE
2.3.1. VENTUZE CARE IAU CONTACT CU OBIECTUL PREHENSAT
Caracteristici generale:
- dimensiuni uzuale ΦΦΦΦ5 ... ΦΦΦΦ125 mm;- presiune 0.8 bar vacuum;- material: neopren rezistent la ulei şi la temperatură:-300 ... 120 0 C; silicon 200 0 C;
a
b
c
Tipuri de ventuze utilizate
b. Ventuze gofrate cu secţiune ovală, există un efect ridicarea obiectului la acţiunea vacuumului, datorită deformăriiventuzei.
c. Ventuze cu secţiune inelară pentru obiecte cu găuristrăpunse, piesa centrală este adaptabilă la diversediametre de găuri ale OM.
Sommer
Fig. 10. (Sommer)
15
d. Ventuzele cu pereţi gofraţipermit compensări relativ mari dela poziţia şi orientarea obiectuluiprehensat
d f. Ventuze cu elemente distanţierefaţă de obiect, împiedică fenomenulde lipire şi în consecinţă au ocapacitate mărită de a prelua forţe
e.Ventuzele cu arc permit omai uşoară adaptare laînălţimea variabilă a obiectului
e
f
capacitate mărită de a prelua forţelaterale.
SommerSommer 16
g
hwww.piab.comSommer
g. Ventuză cu Φ mare , arc,articulaţie sferică (150) pentrucompensarea erorilor relativ mari depozitie si orientare a OM
h. Ventuze din două materiale diferite, unul elastic în zona gofrată, altul rezistent la uzură (poliuretan), în zona de contact cu piesa. Se utilizează pentru piese care au abateri de formă, inclusiv poroase.
www.piab.com
i
i. Ventuze nervurate, sunt destinateprehensării tablelor plane sau ovale.Datorită curburii reduse, nervurilor au odurabilitate superioară. Coeficientul defrecare relativ mare asigură o fixarefermă în plan orizontal chiar şi atablelor care sunt unse
17
2.3.2. VENTUZE CARE NU IAU CONTACT CU OBIECTUL PREHENSAT
b
a
c
Fig. 11. [Automax]
Principiul de funcţionare (fig. 11a), efect Bernoulli. Forţele de prehensare sunt relativ mici (fig. 11c), aplicaţiile curente fiind
manipularea CD, DVD, circuite imprimate, geamuri foarte subţiri, cofraje ouă, foi de hârtie, obiecte uşoare poroase, obiecte cu
suprafeţe concave sau convexe ca produse de patiserie, textile (vezi brioche.mov, CD.mov). 18
Analiză multiatribut a principalelor tipuri de ventuze [HES00]
!
!
19
2.3.3. VENTUZE MONTATE PE MODULE LINIARE
a b
1
23
4
1.Apucarea a diferite forme de de obiecte-2.Inscripţionarea mingiilor de tenis de masă: 1-conveior gravitațional; 2-manipulator cu 2 gr.mobilitate; 3-dispoz de inscripționat; 4-împingător.3.Manipulare semifabricatelor obţinute prin presare
Sommer
Fig. 12.
20
Soluţia din fig. alăturată este aplicată la apucarea
unor obiecte cu suprafeţe plane prehensate care au
un plan de simetrie vertical. Obiectele sunt aşezate
pe o bandă transportoare rapidă, având orientări
aleatoare.
Un sistem video identifică orientarea unui obiect
multiprehensorul este rotit şi microcilindrul coboară
rapid ventuza care apucă obiectul, după care este
ridicat rapid în poziţia de aşteptare.
Sistem urmărire video
Procedura este repetată până când toate ventuzele
au apucat câte un obiect, după care robotul
deplasează multiprehensorul în dreptul unui cofraj
(sau un blister dacă aplicaţia este în industria
farmaceutică) şi eliberează simultan obiectele care
toate au orientarea corectă.
Soluţia este foarte productivă deoarece timpul de
deplasare la şi de la cofraj la bandă este de cinci ori
mai mic decât în cazul când s-ar lucra cu un
monoprehensor.
Fig. 12.b[HES00]
21
2.4. PREHENSOARE VACUUMATICE MODULARE
2.4.1. STRUCTURA
a bc
a. Structura de bază formată din tuburi Al.
b. Elemente de îmbinare tip brăţară, în figură este
reprezentat doar un tip.
c. Intrefaţă pentru endefector, montare rapidă
manuală, sau pentru montare automată.
d. Interfaţa prehensor-robot.
Sistemul permite montarea şi a prehensoarelor
mecanice.d
Fig. 13. [DE-STA-CO]22
Fig. 14. [DE-STA-CO]23
2.5. EXEMPLE DE APLICAŢII ALE PREHENSĂRII VACUUMATICE
Manipularea tablelor pe o linie de transfer unde se execută operaţii de ştanţare www.piab.com
Fig. 15.
Manipularea tablelor pe o linie de transfer unde se execută operaţii de ştanţare
Unitate flexibilă de ambutisare prin vacuum. Datorită formei diferite a OM
semifabricat, piesă ambutisată se utilizează 2 RI cu prehensoare specifice
Linie de împachetare a unor obiecte de dimensiuni mici în cofraje, ridicate cu ajutorul
ventuzelor, RIPar Dela cu ghidarea vizuală tip IRB 340 [ABB].
Fig. 23.
26
3. PREHENSOARE MAGNETICE
3.1. Specificații, avantaje, dezavantaje
Prehensoarele magnetice (PMa) sunt prehensoare unilaterale (apucă piesa pe o singură parte), careutilizează forţa de atracţie magnetică ca forţă de prehensare.
Forţa de prehensare este generată de magneţi permanenţi sau electromagneţi.
PMa cu magneţi permanenţi exercită o forţă deatracţie permanentă, în consecinţă necesită, în faza dedesprindere, un dispozitiv suplimentar de îndepărtare aOM de magneţi.
De obicei se utilizează un dispozitiv mecanic cu
Fig. 24. Dispozitiv mecanic de desprindere
În cazul PMa cu electromagneţi desprinderea OM se face fie prin întreruperea curentului de alimentare,
fie prin alimentarea cu un curent alternativ de tensiune scăzută (rol şi de demagnetizare).
Condiţii impuse suprafeţelor OM prehensate magnetic:- OM de natură feromagnetică;- suprafeţele OM trebuie să fie plane, în limite mai strânse decât in cazul prehensării cu vacuum.- absenţa impurităţilor de natură mecanică, lichide pe suprafeţele prehensat;- limitări ale temperaturii suprafeţelor prehensate, sub 5000 C pentru prehensoare cu magneti permanenţi,
sub 600 C pentru prehensoare electromagnetice, în absenţa unui sistem de răcire.
De obicei se utilizează un dispozitiv mecanic cuacţionare pneumatică, care deşi relativ uşor măreştemasa sistemului de prehensare (fig. 8).
27
Avantajele prehensării magnetice:
- comparativ cu prehensoarele vacuumatice (PV), PMa sunt mai rapide şi dezvoltă o forţă de prehensarespecificămai mare;- PMa cu electromagneţi sunt uşor controlabile comparativ cu PV;- PMa cu electromagneţi pot îndepărta magnetismul rezidual prin inversarea polarităţii;- pot apuca piese cu găuri străpunse;- pot apuca simultan un teanc de table din materiale feromagnetice;- construcţie simplă;- fiabilitate mult mai mare decât a prehensării vacuumatice;- siguranţă mare în funcţionare şi posibilitatea de prehensare a unor obiecte magnetice cu temperaturirelativ mari, utilizare în medii explozive, pentru PMa cu magneţi permanenţi;relativ mari, utilizare în medii explozive, pentru PMa cu magneţi permanenţi;- alimentare uşoară cu energie, energie mai ieftină decât în cazul PV care lucrează cu efect Venturi;
Dezavantajele prehensării magnetice:
- mase mai mari ale sistemelor de prehensare magnetică, comparativ cu cele vacuumatice;- magnetismul remanent indus OM cu magneţi permanenţi;- necesitatea curăţirii suprafeţelor de prehensare şi a suprafeţei active a PV cu magneţi permanenţi deaşchii feromagnetice;- necesitatea unor dispozitive de desprindere a OM, mai ales pentru PMa cu magneţi permanenţi;- imposibilitatea prehensării individuale a tablelor stocate în vraf;- pierderea forţei de prehensare la căderea curentului electric, în cazul PMa cu electromagneţi;- sensibilitatea la forţe laterale aplicate obiectului prehensat.
28
www.techno-sommer.com
3.2. Exemple de prehensoare
magnetice
3.2.1Actionarea: Cilindru pneumatic cu simplu efect
Prehensorul este intotdeauna pregatit sa actioneze
Presiunea este aplicata pentru a elibera piesa
Flansa
????
29Suprafata activa
Magnetpermanent
Magnetic gripper series SGM[Schmalz, http://us.schmalz.com ]
F=35 - 290 N
M= 130 - 715 grame
Diametru= 30-70mm
Magneți permanenți
Inel pentru mărirea forței de frecare pe direcție transversală
Desprindere mecanică prin intermediul aerului comprimat sau a
vacuumului prin ridicarea/coborîrea magnetului permanent
3.2.2
Cuplă sferică
30
31
www.goudsmit-magnetics.nl
3.2.3
Prehensoarele magnetice se utilizează, în general, pentru
prinderea tablelor feroase cu grosimi mai mici de 4mm
32
Prehensoare magnetice cu ventuze
MagVacu gripper
ww
w.g
oud
smit
-mag
net
ics.
nl
Avantajele prehensării duble
magnetice și vacuumatice
- Forță de prehensare majorată.
- Se pot manipula piese solicitate la forțe
de inerție transverale mai mari, robotul
ww
w.g
oud
smit
de inerție transverale mai mari, robotul
se poate mișca mai rapid în consecință
scad timpii auxiliari de manipulare.
- Siguranță în exploatare.
- Pot prinde piese feroase/neferoase.
- Pot apuca în siguranță doar o piesă.
tablă dintr-un teanc (piesa este apucată
vacuumatic și după ridicarea deasupra
teancului de table este activată
prehensarea magnetică).
MAGNOS Magnetic Gripper3.2.4
PREHENSOR CU MAGNEȚI PERMANENȚI ȘI ELECTROMAGNEȚI
(Permanent-Electro Magnets)
[Schunk, www.schunk.de] 34
ww
w.p
asca
leng
.co.
jp
Anulare de câmpuri în exteriorCumul de câmpuri în exterior
13
4
5
35
1 - bobină
2 – magnet permanent NdFeB
3 - magnet permanent polarizabil tip AlNiCo
4 - pol magnetic
5 – fluxul magnetic
6 – piesa fixată magnetic
Magnetul AlNiCo este utilizat ca și comutator de
câmp magnetic ON/OFF.
(timp de polarizare aprox. 0,5 sec cu un curent
210V/10A; 360V/30A)
5
6
Magneţii AlNiCo au în compoziție: fier, aluminiu, nichel şi cobalt, uneori cupru și titan (8–12% Al, 15–26% Ni, 5–24% Co, max. 6%
Cu, max. 1% Ti ). Ei sunt mai puternici decât magneţii ceramici și pot fi polarizați prin impuls electromagnetic în aproximativ 0,5
sec la temperatura mediului ambiant !.35
Legea lui Bernoulli
An
exa
1A
nex
a 1
36
37
Tub Venturi Efect Venturi
Vezi și aplicația VacuCalculator_de.exe
38
- masă minimă pentru a se maximiza capacitatea de încărcare a RI, pentru a se permite acceleraţii
maxime şi cicluri de timp mici (materiale frecvent folosite: aliaje de Al, în ultimul timp mat. compozite);
- dimensiuni minime relativ la dimensiunile corpului prehensat;
- adaptabilitate mare la dimensiunile obiectelor prin reglaje discrete sau continue ale mecanismului de
prehensiune, sau prin elemente amovibile;
- rigiditate suficientă pentru a conserva precizia RI şi a reduce vibraţiile;
- sisteme de asigurare la căderea sursei de energie dacă eliberarea accidentală a obiectului manipulat ar
produce pagube (sisteme de autoblocare);
- centrul de masă al obiectului cât mai puţin excentric faţă de cel al prehensorului pentru a reduce efectele
CONDIŢII IMPUSE PREHENSOARELOR MECANICE
- centrul de masă al obiectului cât mai puţin excentric faţă de cel al prehensorului pentru a reduce efectele
momentelor forţelor masice, centrul de masă trebuie să se afle între punctele de contact cu bacurile;
- la prehensoarele sincrone precizie independentă sau puţin dependentă de variaţiile dimensionale ale
suprafeţelor prehensate;
- preh. trebuie să aibă cel puţin aceeaşi precizie ca şi mec. de ghidare a RI (curent ± 0.05 mm);
- fiabilitate ridicată, de exemplu un prehensor utilizat în operaţii de asamblare trebuie să efectueze circa
un milion de cicluri pe perioada exploatării;
- acţionarea mecanismului de prehensiune trebuie să fie rapidă, să aibă masă mică şi relativ ieftină.
Din aceste motive cea mai populară este acţionarea pneumatică. Din considerente de mediu curat rar se
utilizează acţionarea hidraulică. Un potenţial apreciabil de dezvoltare îl are acţionarea electrică
(controlabilitate mare, actualmente gabarite mai mari decât cele pneumatice şi costuri ridicate) 1
PREHENSOARE BIDACTILE
Fig. 8. Schemele cinematice ale unora dintre cele mai utilizate PMe bidactile, simetrice 2
3
Schema unui prehensor bidactil,
paralel şi sincron (www.grippers.com)
- precizie ± 0,025 mm;
- fortă strângere 150 ... 450 N;
- ungere pe viaţă;
- acţionare pneumatică.
Pistoanele sunt acţionate pneumatic,
asigură forţa de străngere exercitată de bacuri
Şurubul stânga-dreapta asigură sincronizarea deplasărilor celor
două degete pe toată cursa.
PREHENSOR BIDACTIL, PARALEL ŞI SINCRON
două degete pe toată cursa.
Fig. 9.
Fig. 10.
4
PREHENSOR BIDACTIL, UNIVERSAL, PARALEL ŞI SINCRON
(mecanism cu pană dublă bilaterală), (PGN-**, WWW.SCHUNK.DE)
Ghidaje portbacuri Portbac Suport senzora
Corp
Alezaj centrarePiston
Pană dublă bilaterală
(vezi fisier png_Plus.mpg si rota.avi din subdirectorul …\__video\Preh mecanice Schunk )
Fig. 11.
b
c
5
PREHENSOR BIDACTIL, UNIVERSAL, PARALEL ŞI SINCRON
(mecanism cu cremalieră-pinion-cremaliră)
Fig. 12.
6
Se utilizează două motoare pneumatice cu dublu efect, sincronizate
prin intermediul unui mecanism cu pinion – cremalieră.
PREHENSOR BIDACTIL, UNIVERSAL, PARALEL ŞI SINCRON, CURSE MARI
(mecanism de sincronizare pinion-cremaliră)
www.techno-sommer.com
Fig. 13.
a
b
prin intermediul unui mecanism cu pinion – cremalieră.
Prehensorul este universal (strânge pe interior şi pe exterior)
Element de contol cursă Suport senzor de proximitate
Fig. 15.
9
MINIPREHENSOR BIDACTIL UNGHIULAR, SINCRON
a b
a. Strângere sub acţiunea aerului comprimat, desfacere prin arc
b. Strângere sub acţiunea arcului, siguranţă în exploatare dacă se întrerupe sursa de aer comprimat.Fig. 16. 10
PRECIZIA DE PREHENSARE
- precizia “structurală” a prehensării - OM are abateri relativ mari, mecanismul de prehensare şi
bacurile nu sunt afectate de erori;
- precizia “constructivă” a prehensarii - OM are abateri relativ mici, sunt semnificative erorile care
afectează mecanismul de prehensare şi bacurile.
Aplicatie: calculul precizie “structurale” a unui prehensor bidactil, simetric, cu bacuri (fig.27 )
ELEMENTE DE MODELARE
Fig.27. Precizia “structurala” a unui prehensor bidactil, simetric, cu bacuri11
ELEMENTE DE CINETOSTATICA
PREHENSIUNII
Forma caracteristicii statice a mecanismului
de prehensiune.
Caracteristica statică: dependenţa raportului
dintre forţa de prehensiune şi forţa motoare (iF)
funcţie de deplasarea elementului motor (s),
iF=iF(s).
Pentru o caracteristică statică constantă (fig.Pentru o caracteristică statică constantă (fig.
28.2) se menţine o forţă de prehensare constantă,
indiferent de dimensiunea OM (cursa elementului
motor), dacă motorul are o caracteristică
constantă.
Prehensorul din fig. 28.3 are o caracteristică
statică ascendentă, motorul cu o caract.
constantă. Deci PMe va dezvolta forţe de
prehensare proporţionale cu diametrul OM. Cum
este de presupus ca OM cu diametru mai mare
sunt si mai grele, caracteristica este avantajoasă.Fig. 28. Exemple de caracteristici statice 12
MODULE DE COMPLIANŢĂ
1. MODUL DE COMPLIANŢĂ SOMMER
Fig. 44. Principiul compensării realizat printr-un modul de complianţă. (SOMMER Automatic GmbH)
Se notează cu: comanda A se centrează prehensorul faţă de flanşa ultimului element al mecanismului deghidare a robotului, prin B poziţia de centrare este conservată (compensatorul este blocat). Acţionărilepentru mişcările A şi B sunt pneumatice prin micromotoare liniare şi frâne.
1. Prehensorul are bacurile plasate asimetric faţă de piesa pe care trebuie să o apuce. Prehensorul estecentric faţă de flanşă (A şi B este inactive, acţionează doar arcurile).
2. Intră în acţiune bacurile prehensorului, acesta se deplasează relativ la flanşă prin modulul decomplianţă şi strânge obiectul. Intră în acţiune comanda B pentru a nu se forţa extragerea obiectului.
3. Piesa este extrasă fără să apară forţe transversale.4. Dacă este necesară recentrarea prehensorului se ridică blocajul şi acţionează comanda A.
13
2. MODUL DE COMPLIANŢĂ ATIATI International Automation, www.ati-ia.com
Modulele de complianţă ATI utilizează principiul unui
singur centru de complianţă (RCC-Remote Compliance
Center).
Centrul de complianţă este punctul din spaţiu în care
o forţă de contact va cauza o translaţie fără rotaţie sau
torsiune şi un cuplu va cauza o torsiune fără translaţie.
Când centrul de complianţă este lângă punctul de
contact între bolţul prehensat şi alezajul în care secontact între bolţul prehensat şi alezajul în care se
inserează axa bolţului se va alinia cu axa alezajului.
14
Elementele esenţiale ale modulului de complianţătip RCC sunt cele două flanşe de fixare pe flanşaterminală a RI şi pe flanşa prehensorului între caresunt intercalate 3, 6 sau 12 elemente elastice a căror
Clic pentru ansamblu explodat
sunt intercalate 3, 6 sau 12 elemente elastice a căroraxe se întâlnesc în vârful unui con (centrul decomplianţă). Evident că la creşterea numărului deelemente elastice creşte şi rigiditatea ansamblului.Modulul are o rigiditate axială apreciabilă şi origiditate lateralămică.
Opţional mai poate conţine un sistem de blocareacţionat pneumatic, care are rolul de a reducevibraţiile datorate forţelor de inerţie şi de a protejaelementele elastice de deformaţii nefuncţionale.
Tot opţional se mai poate instala un sistemsenzorial care monitorizează stările de funcţionare alemodulului dotat cu sistem de blocare.
salt15
16
Alegerea modului de complianţă1. Compararea dezaxării ansamblului cu capacitatea de compensare a modulului:-pas1: determinare dezaxare în cazul cel mai
defavorabil:
-a. Precizia cu care RIA poziţionează piesa A-b. Precizia cu care este poziţionată piesa B.-c. Precizia de poziţionare a prehensorului.-d. Precizia de poziţionare a alezajului faţă de sistemul de referinţă al piesei B.-e. Precizia de repetabilitate a modulului de complianţă lucrând în poziţie verticală ±0.002“ ( ±0,0508 mm).-Se însumează valorile a...e.-Se însumează valorile a...e.
-pas2: determinare “jocul total”:
-a. Mărimea teşiturii piesei A.-b. Mărimea teşiturii piesei B.-c. Calcul joc în cel mai dezavantajos caz a ajustajului bolţ-alezaj.
-Se însumează valorile a...c.- Este necesar un modul de complianţă când dezaxarea este mai mare decât jocul (valoarea calculată lapasul 1 este mai mare decât valoarea c calculată la pasul 2).- “Jocul total” trebuie să fie mai mare decât dezaxarea, dacă nu este îndeplinită condiţia măriţi teşirile pieselorA şi/sau B.- Selectaţi un modul de complianţă care să permită o dezaxare mai mare decât dezaxarea ansamblului.Dacă modulul nu lucrează vertical masa părţii inferioare şi prehensorul cu piesa generează o săgeată caretrebuie luată în considerare.
17
2. Calculul centrului de complianţă (CC).
Se calculează distanţa L de la flanşa inferioară la punctul iniţial de
contact al piesei de inserat. Selectaţi un model de modul de
complianţă care că fie situat la peste 30% din L. Este mai bine să
avem un CC mai jos decât punctul de inserţie decât mai sus.
3. Calculul capacităţii de încărcare.
Dacă modulul de complianţă lucrează vertical este solicitat la greutatea prehensorului şi a piesei apucate.
Este necesară o capacitate de compresie mărită dacă ajustajul are jocuri mici.
O utilizare a sistemului de blocare este benefică pentru buna funcţionare a modulului.,
4. Minimaizarea forţei de inserţie
Calcularea forţei maxime de inserţie rezultă din produsul dezaxării cu rigiditatea laterală a modulului de
complianţă.
Se recomandă să se mininimizeze rigiditatea modulului când se montează piese uşoare sau delicate.18
Sistemul de blocare
Sistemul de blocare este acţionat de către un motor pneumatic liniar care trage placa
inferioară spre cea superioară astfel încât placa intermediară centrează precis pe bolţurile de
protecţie la suprasarcină, deci se obţine o poziţionare şi orientare precisă a obiectului apucat de
prehensor faţă de sistemul de referinţă al robotului. În această stare modulul de complianţă
devine un rigid pe direcţie laterală.
Monitorizarea sistemului de blocare se face prin intermediul unui senzor de proximitate şi a
unui şurub-piuliţă montat în placa intermediară.19
3. MODULE DE COMPLIANŢĂ SOMMER
Fig. 47.
20
MODULE DE PROTECŢIE LA SUPRASARCINI, COLIZIUNI
Modulul de protecţie la suprasarcini, coliziunifuncţionează în următoarele etape:
- În modul normal de lucru presiunea aeruluicomprimat menţine în anumite limite cele douăcorpuri ale modului în poziţie normală (configuraţiaa în figura alăturată).
- În momentul coliziunii endefectorului cu un
1. MODULUL ROBOHAND
- În momentul coliziunii endefectorului cu unobiect sistemul senzorial detectează poziţianecentrică a corpului inferior şi trimite un semnal lacontrolerul RI.
- Controlerul comandă eliminarea instantanee aaerului comprimat din incinta corpului superior, înconsecinţă endefectorul se poate mişca liber înanumite limite, şi simultan încetează mişcareaelementelor mecanismului de ghidare a RI simultancu acţiunea frânelor din cuplele LG.
- Endefectorul este repoziţionat manual şisenzorul comandă reintroducerea presiunii în modulşi astfel endefectorul este readus în poziţiaantecoliziune.
2. PROTECTOR TM- Dispozitiv de protecţie a roboţilor la coliziuni
Tip SR-**, ATI International Automation, www.ati-ia.com
Sistemul permite resetarea automatădupă coliziune (reconstituire cu o precizie0.02mm) şi îndepărtarea cauzei coliziunii,astfel că operatorul uman nu este nevoit săintre în spaţiul de lucru al RI.
Protector este compliant pe toate cele treiaxele X, Y, Z şi permite resetarea automatădacă rotaţia torsională nu depăşeşte20...250.Şocul coliziunii este absorbit prin
intermediul aerului comprimat. Energia
a b c
Fig.49. Tipuri de coliziuni: a.unghiulară; b. compresivă; c. torsională
intermediul aerului comprimat. Energiaabsorbită este redirecţionată ulterior pentruresetatea sistemului.
Sensibilitatea sistemului al coliziuni estereglabilă. Implicit Protector reacţionează la odeplasare axială de 0.5 mm.
Interfaţa cu flanşa terminală a mec. de ghidare a RI
Conector Brad Harison
Interfaţa cu flanşa endefectorului
SR-45
Fig. 51.Fig. 50.22
Şurub de reglare a sensibilităţii
Bloc de conectare
Piston absorbitor de şocuri
Locaş pentru arc adiţional
Fig. 52.
Locaş pentru arc adiţional(arcul este utilizat doar pentrucoliziunu slabe, aerul pentrucoliziuni puternice)
Senzor normal închis
Camă
Sferă
Corp inferior
23
RPTCMTudor Păunescu 13.1
www.steinbockus.com
1
BIBLIOGRAFIE
2
BIBLIOGRAFIE
[BAB96] Babeu T. Logistică industrială. Universitatea
Politehnica Timişoara, 1996.
[CAL97] Calefariu G şa. Automatizarea sistemelor de
producţie. Univ. Transilvania din Braşov, 1997.
[CRI95] Cristea L. Automate de control şi de servire.
Univ. Transilvania din Braşov, 1995.
[CRI88] Crişan I şa. Sisteme de montaj cu roboţi şi
manipulatoare. Editura Tehnică,Bucureşti, 1988.
www.automatedconcepts.com
www.denso-wave.com
www.mobilerobots.com
www.midaco-corp.com
www.bookitek.co.kr
www.delmia.co.uk
www.agvp.com
www.egeminusa.com[DOR88] Dorin A. Enciu G. Robocarele sistemelor
flexibile de fabricaţie. TCMM nr. 4, Editura Tehnică,
Bucureşti, 1988.
[OLI89] Pascal Olivier. A perirobotique
d’assemblage.25. Hermes.1989.
[PAU98] Păunescu T. Celule flexibile de prelucrare.
Modelare, simulare si optimizare. Ed. Univ. Transilvania
din Brasov, 1998.[TUA04] Tuan Le-Anh, M.B.M. De Koster. A Review OfDesign And Control Of Automated Guided VehicleSystems. Erasmus Research Institute of Management(ERIM), 2004.
www.egeminusa.com
www.agvsystems.com
www.amerden.com
www.fmcsgms.com
www.pmh-co.com
www.steinbokus.com
www.indumat.de
www.jervisbwebb.com
www.skilledrobots.com
www.coreconagvs.com
3
AVANTAJELE UTILIZĂRII ROBOCARELOR
Avantajele utilizării robocarelor în comparaţie cu metodele clasice de transfer lung şi manipulare a
obiectelor paletizate, pachetizate sunt:
- reducerea costului manoperei şi a altor costuri asociate: un robocar poate lucra 3 schimburi/zi,
astfel făcându-se economii de salarizare a cel puţin 3 operatori umani;astfel făcându-se economii de salarizare a cel puţin 3 operatori umani;
- creşterea productivităţii;
- micşorarea pierderilor datorate manipulării incorecte: un robocar se poate poziţiona faţă de ţintă
cu o precizie de ± 1 cm, precizie mai mare decât cea realizată prin intermediul cărucioarelor cu furcă
conduse manual;
- creşterea siguranţei pentru operatorii umani: deoarece în zonele unde se operează cu mase mari
se reduce prezenţa umană directă, în plus robocarele fiind dotate cu sisteme de senzori pentru detectarea
coliziunilor, se reduc accidentele de muncă şi costurile sociale derivate din acestea;
- creşterea flexibilităţii: comparativ cu transferul prin conveioare, traiectoria robocarelor poate fi uşor
modificată, se pot efectua optimizări ale acesteia, în plus suprafaţa ocupată la sol se reduce substanţial.4
ASPECTE ECONOMICE ALE UTILIZĂRII ROBOCARELOR (AMERDEN Inc ):
- Costul unui robocar: un robocar tip furcă costă aprox. 75000$, iar cu instalare, software şi restulsubsistemelor auxiliare, investiţia se ridică la 150000$/robocar.
- Durata de viaţă a unui sistem de robocare este de 10 ... 20 ani.- Recuperarea investiţiei se face, de regulă, în 2 ... 5 ani (vezi graficul de mai jos).
Comparativ cu o investiţie pentru un sistem bazat pe cărucioare de manipulare conduse de operatoriumani, un sistem de robocare are asociate următoarele costuri (Steinbock):
- majorare investiţie 400%;- costuri cu manopera 5%;- costuri cu întreţinerea 200%;- pierderi datorate deteriorării obiectelor manipulate 5%;
Un schimb Două schimburi
Investitia Investitia Investitia
ani ani ani
Trei schimburi
5
DINAMICA DEZVOLTĂRII SISTEMELOR DE ROBOCARE
CALCULUL NUMĂRULUI DE ROBOCARE
60⋅
⋅
+⋅
=
s
kv
DtN
n
N este numărul total de transferuri efectuate într-o zi.t [min] este timpul necesar unui transfer scurt (încetinire, livrare/preluare obiect transportat, îndepărtare de postul de lucru).D [m] distanţa totală parcursă pentru transferuri lungi într-o zi. v [m/min] viteza medie a robocarului, în general v=0.85 vmax, valori uzuale v=1 m/sec.k factor de pierdere datorat aglomeraţiei de trafic, schimbare baterii etc.s [h] este durata de lucru într-o zi, s=8, 16 sau 24 h.
DINAMICA DEZVOLTĂRII SISTEMELOR DE ROBOCARE
- Primele sisteme de robocare au intrat în exploatare industrială în anii 50, cu aplicaţii simple de tractarea unor cărucioare.
- În faza iniţială se utilizau sisteme de ghidare cu suport continuu: ghidare prin fir şi prin bandăreflectorizantă.
- Pe la mijlocul anilor 80 a început să se utilizeze ghidarea cu laser, iar prin anii 95 ghidarea inerţială.- În ultimii ani s-a experimentat şi implementarea sistemelor de vedere artificială.- Actualmente sistemele de robocare includ subsisteme de management al traficului, mijloace de
comunicare interrobocare şi cu serverul central (comunicare radio FM), managementul sistemului.- Direcţiile principale de dezvoltare sunt: mărire a flexibilităţii şi a autonomie a robocarului (sisteme de
conducere descentralizate), bazate pe senzori evoluaţi şi software performant care să includă elemente deinteligenţă artificială. 6
Rolul robocarelor (abreviate în engleză AGV- Automated Guided Vehicle, în prezentul document RC) este
de transfer lung a obiectelor individuale, paletizate sau pachetizate în sisteme automatizate de fabricaţie şi
de transfer scurt la / de la posturile de lucru, magazine, depozite de obiecte.
Subsistemele principale unui robocar (considerat ca individualitate):
- 1. Subsistemul mecanic, din care esenţiale sunt:
- subsistemul de locomoţie, în marea majoritate a cazurilor locomoţie pe roţi, Vmax=1.5 m/s;
- subsistemul de transfer scurt;
- 2. Subsistemul energetic, în general baterii plasate pe robocar (24V, 48V), care asigură o autonomie pe
durata unui schimb (8 ... 12 h), unele RC îşi pot reîncărca sau schimba automat bateriile;
- 3. Subsistemul senzorial: senzori exteroceptivi standard sunt cei de ghidare a RC şi de coliziune.
- 4. Subsistemul de conducere;
- 5. Subsistemul de comunicare cu: server-ul sistemului de fabricaţie, între RC, cu operatorul uman.7
Sistemele de robocare (AGVS-Automated Guided Vehicle Systems) sunt compuse din: robocare,
sistemul de ghidare, staţii de încărcare/schimbare a bateriilor, sistemul de control a traficului, sistemul de
comunicare, sistemul de programare
FUNCŢIILE PRINCIPALE ALE SISTEMELOR DE ROBOCARE
- Navigare şi ghidare: ghidare cu suport continuu (prin fir, prin bandă reflectorizantă), ghidare cu suport
discret (fără fir: inerţială, laser), pentru amănunte vezi subcapitolul “Ghidarea RC”.
- Planificarea traiectoriei: capacitatea de a lua decizii astfel încât ţinta să fie atinsă pe baza unor criterii
de optimizare.
- Managementul traficului: capacitatea de a evita coliziunile cu alte RC, fluidizarea traficului etc. în mod
dinamic.
- Transferul de încărcare/descărcare: manual: cuplare/decuplare cărucioare trase de un RC remorcher,
plasarea manuală a obiectelor pe platforma RC, plasarea automată pe bază de moto-căi de rulare, lanţuri,
curele; pe bază unor furci.
- Managementul sistemului: monitorizarea sistemului, conducerea descentralizată a RC-urilor,
centralizată sau hibridă.8
ARHITECTURI ALE ROBOCARELOR
ROBOCARE TIP FURCĂ ROBOCARE TIP PLATFORMĂ
CLI
C P
E IM
AG
INE
ROBOCARE TIP FURCĂ ROBOCARE TIP PLATFORMĂ
ROBOCARE TIP REMORCHER ROBOCARE DEDICATE ŞI ROBOCARE ECHIPATE CU BRAŢ ROBOT
CLI
C P
E IM
AG
INE
9
ROBOCARE TIP FURCĂ
Sen
zor
ultr
ason
icJo
ystic
kC
alcu
lato
r de
bor
d
GiroscopAverizoare optice, sonoreScaner laserModul de control
Pan
el d
e co
ntro
lS
cane
r la
ser
antic
oliz
iune
SteinbockSenzor magnetic Terminal pt. diagnostic
Sen
zor
ultr
ason
ic
Dispozitive anticoliziune
Dsp
. pt.
încă
rcar
e ba
terii
Sca
ner
lase
r an
ticol
i
10
RC tip furcă sunt echipate cu un elevator care are ca endefector o furcă reglabilă ca deschidere. Uzual,
mecanismul de ridicare/coborâre este de tip pinion-lanţ, sau cu cablu. Mişcarea de avans/retragere a furcii
se poate face prin sistemul de locomoţie a robocarului (fig. a) sau printr-un mecanism de translaţie (fig. b).
RC tip furcă pot acţiona frontal (fig. a, b) sau lateral (fig.d), mobilitate utilă mai ales dacă RC furcă
efectueză operaţii de servire pe culoare înguste, unde nu este posibilă poziţionarea frontală (vezi cazul
depozitelor fig. e).
a b11
d d
RC tip furcă cu acţiune laterală relativ la direcţia de deplasare
e
12
RC furcă cu contragreutate(Counterbalance Type AGV )
RC furcă cu picioare de stabilizare RC cu mecanism de rotire a furcii
Pentru mărirea manevrabilităţii, şi micşorarea spaţiului necesar manipulării, se utilizează mecanisme detranslaţie orizontală şi rotire a furcii după o axă verticală (fig. h şi i). O comparaţie între spaţiile de lucrunecesare pentru trei arhitecturi de RC furcă evidenţiază avantajul net al RC cu furcă rotitoare.
i
f g h
13
SISTEME MULTIFURCĂ
RC cu două furci pe orizontală RC cu două furci pe verticală
www.amerden.com
14
ROBOCAR TIP PLATFORMĂ
www.amerden.com
RC PLATFORMĂ DE BAZĂ
(doar cu sistem de locomoţie)
RC tip platformă, cu capacitate mică de încărcate(100 ... 200 Kg)
RC tip platformă joase, se utilizează în servicii industrialesau spitale, pot fi echipate cu platforme ridicabile sau tipconveior cu acţiune laterală.
www.jervisbwebb.com
15
www.jervisbwebb.com
Exemplu de RC platformă,
conceput modular, care cu
diverse echipări poate fi
folosit ca RC de transfer,
platformă de asamblare,
RC remorcher (vezi şi
slide-ul următor)
16
www.jervisbwebb.com
ab
RC SmartCart tip remorcher standard. RC SmsrtCart platformă standard
www.jervisbwebb.com
c
Concepţia modulară a robocarului SmartCart:
a. Componentele RC tip remorcher.
b. Componentele RC tip platformă de bază.
c. Componentele şasiului cu dimensiuni reglabile.
Pe aceste structuri se pot ataşa alte module cu funcţiile:
- detector de supraîncărcare;
- dispozitiv de reîncărcare a bateriilor;
- interfaţă tip conveior cu role;
- dispozitiv pentru manevrare manuală.Şasiul extensibil al RC SmartCart 17
RC cu platformă ridicabilă
18
RC platformă dublă cu acces unilateralpentru operare cu conveioare
Transferul scurt între RCşi conveior se efectueazăprin intermediul unuimecanism de translaţiebisens, cu care poate fiechipat robocarul sauconveiorul.
RC platformă cu acces bilateral, pentru operare cu conveioare
19
ROBOCAR TIP REMORCHER
Capacitatea de remorcare a RC este în general de 4 ... 20 t.
Robocar-remorcher de containereRobocar-remorcher utilizat în depozite poştale
20
ROBOCARE DEDICATE
RC dedicate transferului obiectelor cilindrice grele (role de hârtie, butoaie), cu manipulare laterală
21
RC pentru transferul produselor chimice
RC curier postal
RC pentru role de tablă cu mase mari
22
ROBOCARE ECHIPATE
CU BRAŢ ROBOT
www.denso-wave.com
23
SISTEMUL DE LOCOMIŢIE
RC a, b, c de pe prima coloană sunt dotate cu una sau două roţi de propulsie-dirijare.
Cea mai simplă soluţie este reprezentată în fig. a : o roată de unică de tracţiune - dirijare şi două roţi libere.
În fig. B roţile neantrenate sunt legate cinematic.
RC tip c relizează propulsia-dirijarea prin două roţi, la care se adaugă două roţi libere.
RC d, e separă propulsia de dirijare pe roţi diferite [CRI88].
[CRI88]
24
GHIDAREA PRIN FIR
Ghidarea prin fir este cea mai frecvent aplicată, dacă
calea RC rămâne invariabilă pe o perioadă mai lungă de
timp.
A fost primul tip de ghidare aplicat la RC.
Prin firul îngropat în podea trece curent alternativ
(canal la adâncime 18-20mm şi lăţime 5 mm, tăiat cu
utilaje speciale).
Firele sunt alimentate la diferite frecvenţe: 7-15 KHz
GHIDAREA ROBOCARELOR
METODE DE GHIDARE
Actualmente se utilizează următoarele tipuri de ghidare a robocarelor: prin fir, optică, inerţială, laser şi bazată pe vedere
3D. Ghidările pe căi de rulare tip şină sunt depăşite datorită dificultăţilor de modificare a traiectoriilor şi a ocupării unei
suprafeţe apreciabile la sol.
Firele sunt alimentate la diferite frecvenţe: 7-15 KHz
pentru ca RC să poată alege un traseu la joncţiunea între
trasee.
Mai rar se utilizează o bandă magnetică lipită de
podea, sistemul este mai ieftin dar riscurile de deteriorare
sunt mai mari.
Se poate efectua o bună dirijare deoarece
intensitatea câmpului scade puternic cu distanţa.
Senzorul este format din două bobine plasate de o
parte şi alta a firului. Câmpul variabil induce curent în
bobine. Diferenţa de tensiune, filtrată şi amplificată
permite o dirijare precisă a RC. Dacă RC este centrat pe
fir tensiunile sunt egale, deci diferenţa este zero. La
devieri de la traiectorie apar diferenţe de tensiune.
www.agvp.com
25
www.agvp.comwww.agvp.com
Canalele pot cuprinde mai multe fire, fiecare alimentate separat şi lucrând cu frecvenţe diferite (1 ... 4 ). Acestea suntizolate de exterior prin inserarea în partea superioară a canalului a unuia sau a două straturi.
Datorită progreselor înregistrate în sistemul senzorial exteroceptiv şi a softului de comandă, nu se introduc fire deghidare şi la porţiunile curbe ale traiectoriei (distanţe de câteva zeci de cm), fapt ce simplifică mult operaţia de tăiere acanalelor.
Numeroase RC sunt dotate cu mai multe antene:- o antena pentru detectarea devierii de la traiectoria firului;- o antena plasata perpendicular pe prima, pentru detectarea firelor perpendiculare pe cel al traiectoriei principale;- o antena suplimentara pentru RC care se pot deplasa in doua sensuri.
Sistemele performante pot atinge o precizie de pozitionare de ± 3 mm.
26
Scanerul laser îninfraroşu, invizibil şi inofensivpentru ochiul uman, estemontat în partea superioară aRC (“girofar”). Acesta trebuiesă aibă o bună vizibilitateasupra elementelorreflectorizante plasate pepereţi (în general sub formaunor cilindri reflectorizanţi).Raza rotitoare efectuează 5 ...20 scanări/sec şi are bătaie de
GHIDAREA CU LASER
Element reflectorizant
Scanerul laser
20 scanări/sec şi are bătaie demaximum 30 m.
Pentru o dirijare corectăraza laser rotitoare trebuie săatingă cel puţin 3 treielemente reflectorizante, însămedia este de 5.
Ghidarea laser a începutsă fie exploatată prin anii 85.
(www.agvp.com)
Ghidarea prin laser asigură
maximum de precizie şi
flexibilitate a traiectoriei RC,
comparativ cu celelalte metode
reflectorizant
27
GHIDAREA INERŢIALĂ
Ghidarea inerţială utilizează
mici magneţi îngropaţi în podea cu
pas de aproximativ 5 ... 7.5 m.
Aceştia au rol de marcatori ai
traiectoriei RC, puncte de referinţă.
Costul instalării este mult mai
mic comparativ cu cel asociat unui fir
îngropat şi mai mic decât cel cu
laser. Sistemul de control este mai
În scopul menţinerii direcţiei corecte RP este dotat cu un giroscop cu o singură axă, care măsoară
acceleraţiile Coriolis şi le converteşte în tensiuni proporţională cu deviaţia unghiulară a robocarului.
Feedback-ul: distanţa parcursă şi orientarea RC se măsoară prin senzorul asociat motorului unei roţi
propulsoare, respectiv prin senzorul instalat pe motorul roţii de dirijare unghiulară. Cu un senzor bazat pe
efect Hall se măsoară câmpul magnetic al magneţilor îngropaţi în podea.
Ghidarea inerţială a început să fie exploatată industrial pe la mijlocul anilor 90.
ieftin în comparaţie cu cel laser, însă
precizia de poziţionare este mai
mică.
Ca precizie ghidarea magnetică
este inferioară ghidării prin fir.www.agvp.com
28
GHIDAREA OPTICĂ
Ghidarea optică se bazează pe un marcaj reflectorizant vopsit
Sistemul necesită o sursă de lumină şi un set de fotocelule
montate pe RC. La modificarea poziţiei relativ la marcaj, variaţia
intensităţii luminoase a luminii reflectate, convertită în tensiune,
serveşte ca semnal pentru dirijare.
Principiul este asemănător cu cel al ghidării prin fir.
Schema de principiu a ghidării optice Ghidarea optică se bazează pe un marcaj reflectorizant vopsit
pe podea (banda are o lăţime de aprox. 20 mm). Pentru a se
elimina perturbaţiile datorate luminii naturale se lucrează în
spectrul ultraviolet.
Un avantaj ar fi preţul de cost redus al marcării şi uşurinţa
modificării lui.
Dezavantajul principal este nesiguranţa lui în mediul industrial
unde poate fi murdărit, întrerupt etc. Se aplică mai rar doar în
secţiile curate sau în medii neindustriale care îndeplinesc condiţiile
enumerate anterior.
Schema de principiu a ghidării optice
Fotografie în ultraviolet în care sunt vizibile benzile de ghidare
29
GHIDAREA VIZUALĂ 3D
Sistemul de ghidare vizuală 3D a RC este în fază de exploatare, primele RC demonstrative au fost făcute
la finele anului 2004 (www.amerden.com).
Conform specificaţiilor de proiectare se aşteaptă să se obţină precizii şi fiabilitate comparabile cu cele
obţinute prin ghidare cu fir sau laser. Se preconizează simplificări substanţiale ale proiectării traseului AGV, o
flexibilitate superioară în programarea RC.
Ca hardware sistemul vizual 3D se bazează pe 4 camere video şi un calculator de bord. Feed-back-ul
vizual îl elimină pe cel bazat pe odometru (dispozitiv pentru măsurarea distanţelor parcurse) care este relativ
imprecis. Sistemul de navigaţie vizuală compară imaginile captate cu harta memorată, efectuîndu-se
corecţiile necesare.
REŢELE DE GHIDARE A ROBOCARELOR
Caracteristicile principale ale reţelelor de ghidare a RC sunt concentrate în tabelul de mai jos [TUA04]:
Topologia reţelei Nr. de căi paralele Direcţia de deplasare
Convenţională Una Unidirecţională
O singură buclă Mai multe Bidirecţională
Tandem30
Reţeaua convenţională: reţeaua leagă toate posturile de lucru, poate conţine joncţiuni, intersecţii,
scurtături, robocarele se pot deplasa uni sau bidirecţional. Sistemul unidirecţional se aplică mai ales pentru
hale de depozitare şi centre de distribuţie (vezi fig. de mai jos). Sistemul bidirecţional permite o utilizare mai
eficientă a robocarelor, însă pentru o reţea relativ complexă de căi de deplasare şi multe robocare problema
controlului poate deveni foarte complicată. O rezolvare ar fi utilizarea căilor paralele (una pentru un sens,
cealaltă pentru sensul opus de deplasare), însă sistemul este scump şi ocupă şi o suprafaţămajorată la sol.
În concluzie sistemul bidirecţional asociat reţelelor convenţionale se aplică doar dacă probabilitatea de
interferenţă a robocarelor este foarte mică.
31
Reţea convenţională cu căi unidirecţionale
Obs. P şi D abrevieri de la Pick-up and Delivery Stations
Reţea convenţională cu căi bidirecţionale
Obs. P şi D abrevieri de la Pick-up and Delivery Stations
32
Reţeaua cu o buclă: robocarele se deplasează pe o singură buclă, fără rute alternative sau scurtături.
Uzual robocarele se deplasează unidirecţional, în consecinţă controlul este simplu, însă pentru o aceeaşi
aplicaţie trebuie prevăzute mai multe robocare decât în cazul reţelei convenţionale.
Deşi nu exisă intersecţii de traiectorii, datorită vitezelor diferite de deplasare a robocarelor, pot exista
interferenţe.
Reţeaua tandem este segmentată în mai multe zone, în fiecare zonă există doar un robocar care se
deplasează bidirecţional, la capetele fiecărei zone se află câte un depozit de transfer, astfel sunt eliminate
total blocările de trafic şi interferenţele între robocare.
33
Topologia reţelei Avantaje Dezavantaje
Convenţional - Flexibilitate în alegerea rutei.- Optimizarea rutei pe baza criteriului distanţei minime parcurse.- Toleranţă la defecte apărute pe căile de ghidare.
- Control complicat.- Sunt posibile frecvente incidente de trafic.- Dificil de modificat /extins reţeaua.
O singură buclă - Control simplu. - Flexibilitate redusă a rutelor.O singură buclă - Control simplu.- Blocajele, congestionarea traficului, interferenţele între robocare sunt mai reduse decât în cazul reţelei convenţionale.
- Flexibilitate redusă a rutelor.- Toleranţă redusă la defectarea reţelei.- Sunt posibile interferenţe şi blocări ale RC.- Este necesară o capacitate mai mare de transfer.- Traseele sunt relativ lungi.- Dificil de modificat/extins.
Tandem - Nu există congestionări sau blocări ale traficului.- Control simplu.- Reţeau poate fi uşor de extins.- Deplasări bidirecţionale, care măresc eficienţa utilizării robocarelor.
-Trebuie prevăzute depozite intermediare de transfer,- Într-o zonă poate exista numai un robocar.- Toleranţă redusă la defectări.- Număr mai mare de manipulări ale fiecărui obiect transferat de robocare.- Timp mai lung de manipulare.
34
Subsistemul senzorial: senzori
exteroceptivi standard sunt cei deghidare a RC şi de coliziune. Pentrusenzorii de ghidare vezi subcapitolul
Senzor fotoelectricsenzorii de ghidare vezi subcapitolulGhidarea robocarelor.
Schimbatorul automat de palete (SAPa) este format dintr-o platforma cu 1..3 grade de mobilitate, care esteelementul intermediar de transfer, de obicei între PL şi RC.
SCHIMBATOARE AUTOMATE DE PALETE DISPOZITIV DE LUCRU (SAPa-dl)
Dacă RC manipulează PaDL, transferul de la RC la PL ( de obicei centru de prelucrare), sau de la magazinullocal al PaDL la PL se face prin intermediul unor SAPa care sunt plasate frontal la PL.
Acestea au, în general capacitate de stocare de două PaDL şi pot realiza împingerea/tragerea PaDL pe/de pemasa PL.
1
Uzuale se folosesc două tipuri de SAPa :1. SAPa statice ca ansamblu relativ la PL, formate din doua module de stocare a câte o PaDL,
poziţionate lateral unul faţă de altul, cu cinematica independentă de manipulare a PaDL (fig. a);2. SAPa mobile faţă de PL, care în plus realizează şi o rotire prin pivotare a celor două module care sunt
plasate unul în prelungirea celuilalt (fig. b). Necesită un singur punct de oprire a RC, dar au un spaţiu de lucrurelativ mare, în consecinţă sunt rar aplicate.
Dacă nu se utilizează SAPa (fig. d) se produce o utilizare ineficientă a PL, deoarece după terminarea
2 spații de
depozitare,
turelă
rotitoare
SAPaS
R
R
2
Dacă nu se utilizează SAPa (fig. d) se produce o utilizare ineficientă a PL, deoarece după terminareaprelucrării unui semifabricat, dacă RC nu este disponibil să realizeze transferul PaDL, PL asteaptă. În plus PLnu va putea funcţiona pe perioada în care RC duce piesa la De şi aduce un nou semifabricat.
Dacă se utilizează un RCb sunt posibili timpi de aşteptare de primul tip. Dacă SFF este dotat cu RCc sauRCd ultima categorie de aşteptări se elimină.
Soluţia curentă este asocierea RCb-SAPaS sau SAPaR (fig. b). SAPaS/R joacă rolul şi de depozit tampon.La terminarea prelucrării unui semifabricat, PaDL este plasată pe locul liber, iar de pe celalalt modul se preiao PaDL cu o piesa neprelucrată. Deci RC este degrevat de condiţia de a fi la PL când se termină oprelucrare. Evident că pentru a nu se produce aşteptări la urmatorul ciclu de prelucrare RC va trebui ca peparcursul prelucrării curente să realizeze transferul PaDL între SAPa şi de De(PaDl).
Asocierea RCc sau RCd cu SAPaS sau SAPaR poate scurta timpii de deplasare a RC in SFF, însănecesită RC mai scumpe, mai voluminoase decit RCb şi in consecinţă cu o manevrabilitate mai redusă.
Varianta care conferă o maxima autonomie funcţionala PL este cea din figura a. Practic, se elimină
timpii de aşteptare ai PL, timpi generaţi de nedisponibilitatea RC la solicitarea PL.
3Centru de prelucrare, magazin carusel de PaDl, un modul SAPa-dl
4
SAPa-dl RC
5
SCHIMBĂTOR AUTOMAT DE PALETE
- timp de schimbare a unei palete câteva secunde;
- capacitate încărcare max. 3500Kg;
- acţionare servoelectrică;
- integrată complet cu orice MUCN doar prin două
funcţii M.
[MID]
6
SCHIMBĂTOR MANUAL DE PALETE
- capacitate de încărcare 900 Kg;
- căi de rulare liniare;
- construcţie compactă, picioare reglabile la înălţime;
- butoane duale pentru siguranţă operatorului;
[MID]
SCHIMBATOR AUTOMAT DE PALETE INTEGRAT ÎN UNITĂŢI FLEXIBILE DE PALETIZARE
SISTEM AUTO STOCKER [HIR]
robocar
7
Sistemul este conceput ca modul care se plasează în proximitatea unei benzi transportoare. Lucrează cupalete de la 400 x 300 până la 800 x 600 mm, capacitatea maximă de încărcare fiind 200 Kg, deci estedestinat manipulării pieselor de dimensiuni relativ mici. Transferul scurt şi operaţiile depaletizare/depaletizare a semifabricatelor sunt efectuate de către un robot SCARA sau cartezian. Datorităelevatorului intern SAPa ocupă o suprafaţămică.
Se aplică curent în sisteme de asamblare, paletizare pentru piese turnate din mase plastice,încărcare/descărcare maşini unelte.
SAPa
[HIR]
Sistemele Flexibile de Fabricaţie (SFF) sunt dedicate unor familii de semifabricate
care pot conţine relativ multe repere, a căror variabilitate de forma şi de dimensiuni
poate fi apreciabilă. În consecinţă, apare necesitatea interfaţării între semifabricat şi
Postul de Lucru (PL).
8
Interfaţa uzuală este paleta, materializată sub următoarele forme:
1. Paleta dispozitiv de lucru (PaDL), care conţine unul sau mai multe dispozitive
de lucru, în general modulare. Placa de bază a PaDL are elemente pentru poziţionare şi
fixare precisă pe masa PL şi elemente specifice pentru a fi manipulată, de obicei, de
către robocar.
2. Paleta (Pa) are funcţii de depozit mobil de stocare, decuplare sau compensare.
3. Paleta pentru transferul obiectelor pachetizate
În afară de purtatoare de piese Pa poate fi purtatoare şi de informaţii. Astfel Pa poate fi personalizată prin intermediul
unui “chip” sau a unui cod de bare, care conţin informaţii codificate referitoare la reperul cu care este încărcată, starea de
prelucrare a acestuia etc.
Metode de
apelare a programului
9
Se aplica două principii diferite de pregătire a programului CN al PL:
1. Apelarea programului prin intermediul piesei paletizate (fig.a). Paleta în circulaţie caută un PL liber, care are
capacitatea de prelucrare a pieselor purtate. Testarea compatibilităţii Pa(S) – PL se realizează prin compararea codului Pa cu
numărul de ordine al PL. În timpul manevrelor de încărcare a Pa în zona PL calculatorul de conducere a fabricaţiei (CCF) trimite
la echipamentul CNC al PL programul aplicaţiei.
2. Apelarea piesei prin program (fig. b). Programul CN de aplicaţie este transferat în memoria echipamentului CNC al unui
PL. Acesta din urmă citeşte numerele de cod ale tuturor paletelor pe care le deplasează ST, le compară cu codul program
memorat şi dacă coincid comandă deplasarea Pa spre PL.
Prima metoda permite o flexibilitate mai mare, însă datorită faptului că nu se poate predefini o asociere semifabricat-PL,
anumite corecţii nu pot fi efectuate de echipamentul CNC al PL, trebuind să fie memorate centralizat în CCF.
2.1. ROBOŢI PENTRU SERVIREA PRESELOR
Caracteristici ale procesului tehnologic şi a manipulării semifabricatelor prelucrate prin deformare
la rece:
- productivitate mare a executării prelucrării, mai ales pentru piese mici cu folosirea preselor
rapide;
1 1
rapide;
- numărul de grade de mobilitate a manipulatorului sau RI care serveşte o presă este în general
mai mic decât 6;
- utilajele de presare a semifabricatelor de dimensiuni relativ mari sunt în general scumpe şi
complexe, deci procesul de servire trebuie să fie foarte rapid, pentru a nu diminua productivitatea
presei;
- extragerea semifabricatului din ştanţă sau matriţă trebuie să se facă uşor, aceasta trebuie
echipată suplimentar cu senzori şi alte subsisteme, comparativ cu servirea manuală.
Fig. 8. Exemple de utilizare a manipulatoarelor cu două braţe la UFP şi CFP prin presare.
Deseori pentru creşterea productivităţii servirii preselor în cazul prelucrării unor semifabricate de
1 2
Deseori pentru creşterea productivităţii servirii preselor în cazul prelucrării unor semifabricate de
dimensiuni mici sau medii se utilizeazămanipulatoare cu două braţe.
Ideală este utilizarea preselor cu batiu în formă de C şi a ştanţelor, matriţelor cu coloane în spate pentru
a nu împiedica intrarea prin rotaţie a braţului robotului în spaţiul de operare a matriţei. În consecinţă se pot
utiliza braţe robot de lungime fixă (au mase şi momente de inerţie minime).
În fig. 8.1 se manipulează piese individuale. Postul de lucru (PL), postul de intrare (PI) şi cel de ieşire
(PE) sunt plasate pe aceeaşi suprafaţă cilindrică coaxială cu cea axei de pivotarea a manipulatorului. PI şi
PE sunt poziţionate simetric unghiular faţă de PL, deschiderea între braţele manipulatorului este jumătate
din unghiul PI-PE. PL, PI şi PE dacă este posibil se plasează la aceeaşi înălţime.
La CFP din fig. 8.2 PL sunt înseriate, piesa prelucrată la PL2 este eliminată automat (fără intervenţia RI).
CFP din fig. 8.3. PL sunt înseriate, PL2 este alimentată cu semifabricate automat (fără intervenţia RI),
printr-un dispozitiv specializat.
1 3
Fig. 8 continuare
CFP din fig. 8.4. poate prelucra două semifabricate diferite. Cele două braţe trebuie să fie extensibile
pentru a putea accesa PI şi PE, care sunt plasate radial.
Varianta 8.5, RI cu două braţe poate servi două prese, care prelucrează acelaşi reper, sau repere
diferite, eliminarea pieselor prelucrate la ambele prese se face automat, fără intervenţia manipulatorului.
Fig. 8 continuare
1 4
În fig. 8.6. este reprezentată o CFP cu două PL serie. Legătura între ele se face printr-un conveior
(notat cu ST-AC: sistem de transfer şi acumulare).
CFP din fig. 8.7. este formată din trei PL înseriate. Servirea PL se face cu două manipulatoare cu câte
două braţe. Primul PL este înseriat de grupul celorlalte două prin intermediul unui post de aşteptare, eventual
un conveior ca în figura anterioară.
Observatie. Solutia manipulatoarelor cu doua brate se utilizeaza actualmente foarte rar, s-a aplicat cu
mai mult succes in periada de inceput a robotizarii industriale, deoarece:
- Un RI cu doua brate are o masa si un moment de inertie relativ mare deci regimurile de
accelerare/deccelerare nu pot fi rapide.
- Sunt impuse conditii stricte de plasare a PL, PI, PE deci layout-ri rigide.
A ŞAPTEA AXĂ A RIw
ww
.abb
.com
/rob
otic
s
1 5
ww
w.a
bb.c
om/r
obot
ics
1 2 3
1 6
4 5
Datorită celei de a
şaptea axe RI poate
conserva orientarea piesei
în timpului transferului
scurt, situaţie avantajoasă
în procesul de servire a
preselor (se micşorează
forţele de inerţie şi
vibraţiile).
Alte avantaje:
-îmbunătăţire ciclu de lucru;
- micşorarea distanţei dintre
prese;
- o mai eficientă ocupare a
suprafeţei halei de
producţie.
2.2.1. POSIBILITĂŢI DE SIMPLIFICARE A LANŢURILOR DE GHIDARE A RI
Simplificarea MA are ca efect direct micşorarea timpilor de aşteptare a PL şi creează condiţiileutilizării unor RI de complexitate mai mică cu efecte economice benefice.Principalele mijloace de de simplificare a MA sunt:
1. Conservarea orientării semifabricatului pe toată lungimea itinerarului tehnologic din SFP.2. Distribuirea gradelor de mobilitate necesare alimentării PL şi altor dispozitive de manipulare, diferite
de RI. Soluţia “ajutării RI” de către alte sisteme complementare duce la ieftinirea manipulării.
În figura 14 a semifabricatele suntplasate pe o Pa fixă.
Deoarece semifabricatul îşi conservă
1 7
Deoarece semifabricatul îşi conservăaxa orizontală s-a adoptat un mecanismdublu paralelogram în componenţamecanismului de ghidare. În consecinţă RIare 4 grade de mobilitate, comparativ cu 5grade de mobilitate în cazul absenţeiacestui mecanism
În figura 14 b Pa este plasată pe o masăcare poate executa translaţii Ty. RI nu maitrebuie să caute semifabricate pe aceastădirecţie şi în consecinţă va fi suficient un
mecanism de ghidare cu 3 mobilităţi.
Fig. 14
Noţiuni privind paletizarea/depaletizarea obiectelor:
- o unitate pachetizată reprezintă o grupare prin suprapunere sau alăturare a unor mărfuri de acelaşi
tip într-un tot unitar, ambalat sau neambalat. De obicei se formează o unitate pachetizată din obiecte de
aceleaşi dimensiuni;
- o unitate paletizată poate conţine obiecte de dimensiuni diferite, organizate pe straturi. Într-un strat
CARACTERISTICI ALE ROBOŢILOR DE PALETIZARE
1 8
- o unitate paletizată poate conţine obiecte de dimensiuni diferite, organizate pe straturi. Într-un strat
obiectele pot fi avea o aşezare simplă, aşezare ţesută simplă sau încrucişată;
O încărcătură paletizată trebuie să îndeplinească condiţiile [BAB96]:
- să valorifice la maximum capacitatea de încărcare a paletei;
- fiecare obiect trebuie să vină în contact cu cel puţin două obiecte de acelaşi fel;
- încărcătura paletizată trebuie să aibă o bună stabilitate la răsturnare;
- nu se admit depăşiri mai mari de 5% ale obiectelor paletizate în raport cu lungimea, lăţimea paletei;
Deoarece paletizarea se efectuează în straturi paralele cu suprafaţa paletei, este raţional ca lanţul de
ghidare a RI să conţină un lanţ de poziţionare care să genereze o suprafaţă plană care este transformată
în volum de către o cuplă de translaţie cu axa perpendiculară pe suprafaţa amintită. În consecinţă este
suficient un mecanism de ghidare cu 4 grade de mobilitate:
- RI cartezieni, de obicei tip portal dublu;
- RI SCARA;
- RI unghiulari cu mecanism dublu paralelogram pentru conservarea orientării endefectorului, se
utilizeazămai rar şi roboţi în coordonate unghiulare cu 6 grade de mobilitate.
1 9
utilizeazămai rar şi roboţi în coordonate unghiulare cu 6 grade de mobilitate.
Sunt suficiente precizii de repetabilitate de ± 0.3 ... ± 0.5 mm.
Capacităţile de încărcare sunt de la câteva zeci până la câteva sute de Kg.
În general se utilizează sistemul de programare PTP.
RI de paletizare, pot fi dotaţi cu senzori vizuali şi soft adecvat pentru recunoaşterea formelor.
Prehensoarele au un gabarit relativ mare, sunt amovibile sau au un grad mare de universalitate.
Spaţiul de operare este dimensionat pentru a cuprinde cel puţin două palete europene
(800x1200mm) plasate una lângă alta (vezi figura 22).