Cap

92

Introducere n RoboticIntroducere n Robotic

91

CAPITOLUL 3 Sistemul mecanic al robotului

3.1. Introducere

Sistemul mecanic al roboilor are rolul de a asigura realizarea micrilor acestora i transmiterea energiei mecanice necesare interaciunii cu mediul.

Structura sistemului mecanic al unui robot este prezentat n fig. 3.1.

Fig. 3.1. Structura sistemului mecanic al robotului

Subsistemul din cadrul sistemului mecanic dedicat interaciunii cu mediul este efectorul final.

Dispozitivul de ghidare are rolul de a conferi efectorului final micrile i energia mecanic aferent acestor micri n conformitate cu aciunea necesitat asupra mediului.

Aciunea robotului asupra mediului este ori una de manipulare a unor obiecte, sau una de prelucrare a acestora.

Se nelege prin manipulare, modificarea siturii n spaiu a unui obiect. Omul realizeaz aceast modificare apucnd (prehensnd) obiectul cu mna i micnd mna mpreun cu obiectul, cu ajutorul braului. Utilizarea minii de ctre om a determinat formarea cuvntului de manipulare.

Efectorul final al robotului care manipuleaz obiecte, se numete dispozitiv de prehensiune. Funcia lui este aceea de a solidariza obiectul cu partea sa de baz, asigurnd obiectului fa de aceasta o situare relativ bine determinat, meninut n timp (de obicei prin strngere).

Din punct de vedere al teoriei mecanismelor, obiectul i partea de baz a dispozitivului de prehensiune, formeaz o cupl cinematic de clasa a VI-a, nchis de obicei prin for.

Manipularea obiectului se realizeaz prin modificarea siturii bazei efectorului final, cu care obiectul este solidarizat. n acest scop, baza efectorului final este solidarizat cu un element al dispozitivului de ghidare (a efectorului final).

Dispozitivele de ghidare pot fi cu topologie serial, paralel sau mixt.

Situarea ("poziia - orientarea") unui corp n spaiul tridimensional poate fi definit cu ajutorul poziiei punctului caracteristic, i orientrilor dreptei caracteristice, respectiv a dreptei auxiliare.

Se nelege prin "punct caracteristic", un punct al obiectului, folosit pentru definirea poziiei acestuia. "Dreapta caracteristic" este o dreapt care trece prin punctul caracteristic, iar "dreapta auxiliar" o dreapt perpendicular n punctul caracteristic pe dreapta caracteristic. Cu ajutorul celor dou drepte se definete orientarea obiectului, de care aparin ambele drepte.

n modelul matematic al sistemului mecanic al robotului [KOV 99], punctul caracteristic este originea, iar dreptele caracteristic i auxiliar reprezint axe ale unui sistem de referin cartezian drept legat de obiect. n fig. 3.2 se prezint un obiect cilindric cu punctul su caracteristic pe axa de simetrie, dreapta caracteristic confundat cu aceast ax, fiind trasat i dreapta auxiliar.

Fig. 3.2. Punctul caracteristic i dreapta caracteristic / auxiliar la un obiect cilindric

n anumite variante de construcie a dispozitivului de ghidare a roboilor, (variantele cu topologie serial) un mecanism component al acestuia, denumit mecanism generator de traiectorie (sau mecanism de poziionare), realizeaz modificarea poziiei punctului caracteristic iar cel de-al doilea, denumit mecanism de orientare, efectueaz orientarea dreptelor caracteristic i auxiliar.

Uneori, mecanismul generator de traiectorie este denumit "bra" al robotului, iar mecanismul de orientare, "articulaie carpian", sau "mecanismul carpian" ("wrist") al robotului, innd seama de rolul lor funcional prin analogie cu funciunile similare ale braului, respectiv ale articulaiei pumnului.

n alte variante constructive nu se pot separa funciile de poziionare, respectiv de orientare pe pri componente ale dispozitivului de ghidare. n asemenea cazuri se vorbete despre "microsituarea" realizat de dispozitivul de ghidare.

Efectorul final al robotului care prelucreaz obiecte este o scul. Energia necesar pentru prelucrare poate fi comunicat sculei exclusiv prin intermediul robotului sau prin intermediul robotului i a unei surse suplimentare de energie. n acest ultim caz efectorul final este un cap de for cu scul. Capul de for conine un motor i eventual o transmisie mecanic.

n cazul utilizrii robotului pentru prelucrare, scula, respectiv capul de for cu scul constituie "obiectul manipulat", a crui situare se definete n modul artat mai sus.

n unele lucrri de specialitate sistemul mecanic al robotului este denumit "manipulator".

Platforma mobil este acea parte component a sistemului mecanic care asigur modificarea siturii ntregului ansamblu n mediu. n cazul n care robotul nu este nzestrat cu platform mobil, el este robot staionar, pe cnd cel al crui sistem mecanic conine o asemenea platform, poart numele de robot mobil. n acest caz din urm, dispozitivul de ghidare modific situarea obiectului n raport cu platforma mobil.

3.2. Dispozitivul de ghidare

3.2.1. Dispozitive de ghidare cu topologie serial (DGTS)

3.2.1.1. Structur

n cazul n care mecanismele dispozitivului de ghidare au la baz lanuri cinematice deschise, ele sunt definite ca avnd topologie serial. Denumirea deriv din faptul c elementele lanurilor cinematice deschise sunt legate "n serie".

n cazul dispozitivelor de ghidare cu topologie serial mecanismele generatoare de traiectorie i de orientare sunt definite separat: mecanismul generator de traiectorie are un element fix (baz, batiul robotului), iar mecanismul de orientare este legat de ultimul element al mecanismului generator de traiectorie; o cupl cinematic este format din acest element i primul element al mecanismului de orientare, "primul" element fiind elementul cel mai apropiat iar "ultimul" element, elementul cel mai ndeprtat de baz. Dispozitivul de ghidare constituie un mecanism spaial (tridimensional) i are schema structural redat n fig. 3.3.

Fig. 3.3. Schema structural a unui robot cu topologie serial

Dac dispozitivul de ghidare trebuie s modifice situarea obiectului solidarizat cu ultimul element al mecanismului de orientare, dintr-una iniial oarecare, n alta final oarecare, el trebuie s aib numrul gradelor de mobilitate egal cu numrul gradelor de libertate ale obiectului liber n spaiu.

M = L0 = 6

(3.1)

Numrul gradelor de mobilitate ale unui mecanism spaial este:

(3.2)

unde n+1 este numrul elementelor, ci - numrul cuplelor cinematice de clasa i, - suma gradelor de libertate de prisos [KOV 76]. n cazul lanurilor cinematice deschise .

n mod obinuit, mecanismele dispozitivului de au numai cuple de clasa 5-a i atunci gradul de mobilitate a mecanismului este dat de:

M = 6n-5c5

(3.3)

n cazul lanurilor cinematice deschise:

n = c5

(3.4)

de unde:

M = c5 = n

(3.5)

i deci prin urmare: M = 6, c5 = 6 i n = 6

Condiia desmodromiei (micrii determinate) a unui mecanism este:

(3.6)

unde reprezint numrul parametrilor cinematici relativi ai cuplelor cinematice conductoare cu valoare impus la un moment dat de sursele de energie mecanic care acioneaz mecanismul. Pentru o cupl cinematic conductoare de clasa i:

(3.7)

Numrul cuplelor cinematice conductoare de clasa a 5-a fiind:

c5c ( c5

(3.8)

i

(3.9)

rezult:

(3.10)

n conformitate cu (3.5) i (3.6):

(3.11)

Mecanismele dispozitivului de ghidare sunt desmodrome dac toate cuplele cinematice sunt cuple cinematice conductoare.

Aceasta explic de ce se folosesc numai cuple cinematice de clasa a 5-a n cadrul mecanismelor dispozitivului de ghidare: numai micrile relative ale elementelor acestora pot fi acionate cu motoarele uzuale (liniare sau rotative).

Cuplele cinematice conductoare ale dispozitivului de ghidare se mai numesc axe (denumirea provine de la axa cuplei de rotaie, respectiv axa, deci direcia cuplei de translaie).

Structura dispozitivului de ghidare cu topologia serial se descrie prin intermediul irului de litere care semnific axele sale, ncepnd cu axa mai apropiat de baz i terminnd cu cea apropiat efectorului final, spre exemplu: R T T R R R.

Primele 3 axe i 4 elemente (inclusiv baza) constituie mecanismul generator de traiectorie (MGT), avnd minimul gradului de mobilitate:

MMGT = 3

(3.12)

iar ultimele 3 axe i 3 elemente constituie mecanismul de orientare avnd numrul gradelor de libertate

L0 = 3

(3.13)

Evident, numrul gradelor de mobilitate ale dispozitivului de ghidare este:

M = MMGT + L0 = 3+3 = 6

(3.14)

Spre exemplu, n unele operaii de montaj, sau la extragerea unui obiect dintr-o mulime neordonat aflat ntr-un container se necesit pentru evitarea unor obstacole neprevizibile, se necesit ca elementele dispozitivului de ghidare s aib mai multe posibiliti de a se dispune pentru aceeai situare a efectorului final.

Aceast posibilitate se numete manevrabilitatea dispozitivului de ghidare, definindu-se gradul de manevrabilitate:

Ma = M-6

(3.15)

i d numrul infinitilor de situri pe care le poate avea dispozitivul de ghidare pentru aceeai situare a efectorului final. Roboii ale cror dispozitiv de ghidare se caracterizeaz prin sunt denumii roboi redundani.

La ntocmirea schemelor cinematice ale mecanismelor dispozitivelor de ghidare se utilizeaz simbolurile prevzute pentru reprezentarea elementelor i a cuplelor cinematice de la mecanismele spaiale (STAS Scheme mecanice). Pentru indicarea funciilor cuplelor cinematice conductoare n cadrul dispozitivului de ghidare, se folosesc simbolurile ISO.

n tabelul 3.1 se prezint simbolurile cuplelor cinematice conductoare folosite n dispozitivele de ghidare cu topologie serial.

Tab. 3.1. Simbolurile c.c.c. folosite la DG cu topologie serialDENUMIRE

CINEMATICSIMBOLUL STAS

(utilizat la mecanisme)DENUMIRE

FUNCIONALSIMBOLUL ISO

(utilizat la roboi)

Cupl de rotaie (R)- pentru mecanis-me spaiale

- pentru mecanis-me planePivotare

Rotaie bra

sau

Rotaie de orientare

Cupl de translaie (T)- pentru mecanis-me spaiale

- pentru mecanis-me planeTranslaie de baz

Ridicare bra

Extensie bra

Simbolurile specificate pentru mecanismele plane sunt utilizate n cazul mecanismelor generatoare de traiectorie i de orientare cu MGT ( 2, respectiv, L0 ( 2.

n tabelul 3.2 se redau simbolurile elementelor ntlnite la mecanismele dispozitivelor de ghidare cu topologie serial.

Tab. 3.2. Simbolurile elementelor de la mecanismele DG cu topologie serialDENUMIREA

ELEMENTULUISIMBOL

Element fix

Element coloan

Element bra

Element "offset"

n cele de mai sus, simbolurile cuplelor cinematice n a cror componen intr elementele amintite au fost desenate cu linii ntrerupte.

3.2.1.2. Mecanisme generatoare de traiectorie (MGT). Spaii de lucru.

Se definete ca spaiu de lucru locul geometric care conine mulimea poziiilor posibile ale punctului caracteristic. Spaiul de lucru este delimitat de puncte, linii sau suprafee. n tabelul 3.3 se prezint schemele cinematice ale MGT pentru MGT = 1, n = 2 i c5 = 1.

Tab. 3.3. Schemele cinematice ale MGT pentru MGT = 1, n = 2 i c5 =1NrcrtSIMBOLSCHEMA CINEMATIC

I SPAIUL DE LUCRUOBSERVAII

1RDnd diferite valori un-ghiului 1, punctul O poate ocupa orice poziie n spaiul de lucru 1 - care reprezint cursa unghiular total a elementului 1.

2TDnd diferite valori para-metrului x1, punctul carac-teristic O poate s ating orice poziie din spaiul de lucru O'O" care reprezint cursa liniar total a elementului 1.

Dup cum se vede, un spaiu de lucru unidimensional se delimiteaz prin poziiile extreme ("de capt de curs") ale punctului caracteristic.

Schemele cinematice ale MGT cu topologie serial sunt simbolizate prin intermediul irului de simboluri ale cuplelor cinematice de clasa V (de rotaie R i de translaie T), scrise n ordinea succesiunii lor de la baz spre efectorul final.

Axele cuplelor cinematice conductoare pot fi paralele, se pot intersecta sub anumit unghi sau se pot ncrucia sub un anumit unghi. n ultimul caz, pe lng lungimile elementelor, caracteristic pentru schema cinematic este i lungimea perpendicularei comune a celor dou axe ncruciate, denumit "offset".

n simbolul schemei cinematice se indic ca i exponent ataat simbolului cuplei cinematice conductoare curente, unghiul de intersecie sau de ncruciare a acesteia cu axa precedent (excepie fac axele paralele). ntre simbolurile a dou axe succesive ncruciate se nscrie de asemenea printr-un numr "a" offset-ul. Spre exemplu, R a T ( simbolizeaz o ax de rotaie ncruciat sub unghi drept cu o ax de translaie iar ntre ele exist un offset "a". [KOV 00].

n figurile 3.4. a), b), c), d) s-au prezentat schemele cinematice cu spaiile de lucru aferente MGT pentru MGT = 2, n = 3 i c5 = 2.

Astfel, n figura 3.4. a) se prezint schema cinematic i spaiul de lucru aferent MGT pentru MGT = 2, n = 3 i c5 = 2, care prezint dou cuple cinematice conductoare de rotaie de tip R R.

Dnd valori diferite unghiurilor 1 i 2, punctul O poate fi adus n orice poziie din spaiul de lucru (colorat n gri). Cu 1 s-a notat cursa unghiular total a elementului 1.

a)

b)

c)

d)

Fig. 3.4. Schemele cinematice i spaiile de lucru aferente MGT pentru MGT = 2, n = 3 i c5 = 2

Astfel, n figura 3.4. b) se prezint schema cinematic i spaiul de lucru aferent MGT pentru MGT = 2, n = 3 i c5 = 2, care prezint dou cuple cinematice conductoare de translaie de tip T T.

Dnd valori diferite coordonatelor x2 i y1, punctul O poate fi deplasat n spaiul de lucru O'O"O"'OIV oriunde. Lungimea O'O" = O"'OIV este cursa elementului 2 iar O'OIV = O'O" este cursa elementului 1.

n figura 3.4. c) se prezint schema cinematic i spaiul de lucru aferent MGT pentru MGT = 2, n = 3 i c5 = 2, care prezint dou cuple cinematice conductoare de tip T R.

Modificnd valorile para-metrilor 1 i x2 punctul caracteristic O se deplaseaz n diferite puncte ale spaiului de lucru (colorat n gri). Unghiul 1 reprezint cursa unghiular a elementului 1.

n figura 3.4. d) se prezint schema cinematic i spaiul de lucru aferent MGT pentru MGT = 2, n = 3 i c5 = 2, care prezint dou cuple cinematice conductoare de translaie de tip R T.

Modificnd valorile para-metrilor x1 i 2, punctul caracteristic O poate fi poziionat n orice loc din spaiul de lucru. Segmentul B'B" reprezint cursa elementului 1.

Structurile posibile ale MGT avnd MGT = 3, n = 4 i c5 = 3 sunt nscrise n tabelul 3.4.

Tab. 3.4

T T TT R R

R T TR T R

T R TR R T

T T RR R R

Unele dintre aceste structuri sunt utilizate frecvent pentru realizarea sistemelor mecanice ale roboilor. n cele de mai jos se prezint schemele cinematice i spaiile de lucru ale MGT cu cele mai rspndite.

Una din cele mai utilizate structuri este cea "n coordonate carteziene" avnd simbolul conform celor prezentate mai sus: T T( ax T(. Schema cinematic cu spaiul de lucru dup STAS se prezint n figura 3.5.a, iar schema cinematic dup ISO n figura 3.5.b.

Dnd parametrilor x, y, z valori oarecare punctul O poate fi poziionat oriunde n interiorul volumului paralelipipedic O'O"O"'OIVOVOVIOVIIOVIII care reprezint spaiul de lucru. Latura O'OIV este cursa elementului 1, latura O'OV este cursa elementului 2 i latura O'O" este cursa elementului 3.

a)

b)

Fig. 3.5. Schema cinematic i spaiul de lucru pentru structura "n coordonate carteziene"

Structura "n coordonate cilindrice" are simbolul R T ax T( iar schema cinematic cu spaiul de lucru dup STAS se prezint n figura 3.6.a, schema cinematic dup ISO n figura 3.6.b.

Dnd valori oarecare parametrilor 1, y, z, punctul O se poate poziiona oriunde n volumul cilindric inelar de grosime O'O" i de nlime O"O"'. Unghiul la centru al cilindrului reprezint cursa unghiu-lar a elementului 1, lungimea segmentului O"O"' este cursa elemen-tului 2, iar lungimea segmentului O'O" este cursa elementului 3.

a)

b)

Fig. 3.6. Schema cinematic i spaiul de lucru pentru structura R T ax T(

Structura "n coordonate sferice" cu simbolul R R( T( are schema cinematic dup STAS prezentat n figura 3.7.a, schema cinematic dup ISO n figura 3.7.d. Pentru a evidenia spaiul de lucru sunt prezentate n figurile 3.7.b i 3.7.c o seciune prin axa cuplei de rotaie A, respectiv, o seciune perpendicular pe axa cuplei de rotaie A.

a)

b)

c)

d)

Fig. 3.7. Schema cinematic i spaiul de lucru pentru structura "n coordonate sferice"

Dnd parametrilor 1, 2 i x3 valori oarecare, punctul O poate fi deplasat n orice poziie n interiorul spaiului de lucru avnd forma sectorului sferic O'O"O'"OIVOVOVIOVIIOVIII. Latura O'O" reprezint cursa elementului 3, unghiurile 2 i 1 sunt cursele elementelor 2 i 1.

Structura "n coordonate polare" (sau structura antropomorf) cu simbolul R R( R are schema cinematic dup STAS prezentat n figura 3.8.a, schema cinematic dup ISO n figura 3.8.d.

a)

b)

c)

d)

Fig. 3.8. Schema cinematic i spaiul de lucru pentru structura R R( R

Pentru a evidenia spaiul de lucru sunt prezentate n figurile 3.8.b i 3.8.c o seciune prin axa cuplei de rotaie A, respectiv, o seciune perpendicular pe axa cuplei de rotaie A.

Dnd parametrilor 1, 2 i 3 valori diferite, punctul O poate fi deplasat oriunde n spaiul de lucru O'O"O'"OIVOVOVIOVIIOVIIIOIXOX, cu suprafee sferice i conice. 1 , 2 i 3 sunt cursele unghiulare ale elementelor 1, 2 i 3.

Structura "SCARA" are simbolul R R T iar schema cinematic cu spaiul de lucru dup STAS se prezint n figura 3.9.a, schema cinematic dup ISO n figura 3.9.b.

a)

b)

Fig. 3.9. Schema cinematic i spaiul de lucru pentru structura "n coordonate cilindrice"

3.2.1.3. Mecanisme de orientare (MO). Unghiuri de servici i unghi auxiliar.

S-a artat c mecanismul de orientare joac rolul articulaiei pumnului (carpiene) a omului. n soluie complet, el realizeaz rotirea obiectului n jurul a trei axe perpendiculare concurente ntr-un punct. Aceste micri de rotaie poart numele generic de micri de orientare, avnd fiecare o denumire n funcie de axa n jurul creia se realizeaz.

n figura 3.10 s-a reprezentat sistemul de axe concurente ataat articulaiei carpiene umane, cu indicarea denumirilor micrilor de rotaie de orientare n jurul fiecrei axe, derivate din anatomie.

Fiecare denumire este compus din cte dou cuvinte, fiecare indicnd un sens de micare, de obicei raportat la situarea trunchiului uman relativ la articulaia carpian, prefixele "pro" i "ad" avnd semnificaia unor micri de apropiere de trunchi.

Fig. 3.10. Micrile de orientare ale articulaiei carpiene

n conformitate cu cele de mai sus, micarea de rotaie n jurul axei Ox poart numele de aducie-abducie, cea n jurul axei Oy, flexie-extensie i cea n jurul axei Oz, supinaie-pronaie. n literatura de Robotic, micrile de orientare se mai denumesc i dup micrile unei nave pe mare, folosindu-se terminologia aferent n limba englez; n conformitate cu aceasta, rotaia n jurul axei Ox poart numele de Yaw, cea n jurul axei Oy, Pitch, iar cea n jurul axei Oz, Roll.

n cadrul mecanismelor de orientare fiecrei micri i este aferent cte o cupl cinematic de rotaie conductoare.

Mecanismele de orientare au attea grade de libertate cte cuple cinematice conductoare conin:

(3.16)

(3.17)

Axele cuplelor de rotaie ale mecanismelor de orientare cu L ( 2 pot fi concurente sau neconcurente.

n cazul concurenei axelor, micarea de orientare a obiectului manipulat rezult ca sum a dou (pentru L = 2) sau trei (pentru L = 3) micri de rotaie n jurul a dou sau trei axe concurente, deci o micare de rotaie n jurul unei axe care trece prin punctul de intersecie a tuturor axelor cuplelor cinematice de rotaie.

n cazul n care axele cuplelor de rotaie cu L ( 2 nu sunt concurente, micarea de orientare a obiectului manipulat rezult ca o sum a dou (pentru L = 2) sau trei (pentru L = 3) micri de rotaie n jurul a dou sau trei axe oarecare n spaiu, deci o micare elicoidal, care la rndul ei se poate considera ca o micare de rotaie n jurul unei axe centrale, nsoit de o translaie n lungul aceleiai axe.

Cum componenta de micare de rotaie mut punctul caracteristic din poziia impus de mecanismul generator de traiectorie, simultan cu comanda micrilor de orientare se necesit o comand de corecie a micrii de poziionare, emis mecanismului generator de traiectorie.

Conveniile de simbolizare a schemelor cinematice prezentate n legtur cu MGT se utilizeaz i pentru simbolizarea schemelor cinematice ale MO.

n figura 3.11 se prezint schema cinematic a MO avnd LMO = 1; n = 1; .

Fig. 3.11. Schema cinematic a MO avnd LMO = 1; n = 1;

n figurile 3.12 i 3.13 se prezint schemele cinematice ale MO avnd LMO = 2; n = 2; . Astfel, n figura 3.12 se prezint o ax de aducie-abducie combinat cu una de supinaie-pronaie, axele fiind concurente n O, iar n figura 3.13 se prezint o O ax de flexie-extensie combinat cu una de supinaie-pronaie, axele fiind neconcurente, offset-ul fiind OO' = ay.

Fig. 3.12. Schema cinematic ale MO avnd LMO = 2; n = 2; cu simbolul R RFig. 3.13. Schema cinematic ale MO avnd LMO = 2; n = 2; cu simbolul R ay R

Schemele cinematice ale MO avnd LMO = 3; n = 3; sunt prezentate n figurile care urmeaz. Astfel, n figura 3.14 este prezentat schema cinematic a MO de tip RPY a crui axe sunt concurente n punctul O i care are simbolul R R R.

Fig. 3.14. Schema cinematic a MO te tip RPY

n figura 3.15 se prezint schema cinematic a MO de tip Euler a crui axe sunt concurente n punctul O i care are simbolul R R R.

Fig. 3.15. Schema cinematic a MO te tip Euler

n figura 3.16 se prezint schema cinematic a MO de tip Cincinnati-Milacron a crui axe sunt concurente n punctul O i care are simbolul R R R.

Fig. 3.16. Schema cinematic a MO te tip Cincinnati-Milacron

n figura 3.17 se prezint schema cinematic a MO de tip Puma-560 a crui axe sunt neconcurente offset-ul fiind OO' = az i care are simbolul R az R R

Fig. 3.17. Schema cinematic a MO te tip Puma-560

n figura 3.18 se prezint schema cinematic a MO de tip Elbow-wrist a crui axe sunt neconcurente offset-ul fiind OO' = ax i care are simbolul R ax R R.

Fig. 3.18. Schema cinematic a MO te tip Elbow-wrist

n figura 3.19 se prezint schema cinematic a unui MO cu axe neconcurente, offset-ul fiind OO' = ay i care are simbolul R R ax R.

Fig. 3.19. Schema cinematic a unui MO cu simbolul R R ax R

n figura 3.20 se prezint schema cinematic a MO de tip Kuka a crui axe sunt neconcurente offset-ul fiind OO' = ay i care are simbolul R ay R R.

Fig. 3.20. Schema cinematic a MO te tip Kuka

n figura 3.21 se prezint schema cinematic a MO de tip Sciaky a crui axe sunt neconcurente offset-ul fiind OO' = az i care are simbolul R R az R.

Fig. 3.21. Schema cinematic a MO te tip Sciaky

Micrile de orientare conferite de MO obiectului manipulat au amplitudinile limitate prin valorile (4, (5, (6, ale cror msur este prescris constructiv de fabricantul robotului. Ca urmare, dreapta caracteristic i cea auxiliar ataate obiectului de lucru ocup situri cuprinse n interiorul unor volume denumite impropriu "unghi de servici", respectiv, "unghi auxiliar" (figura 3.22).

Se consider c dreapta caracteristic (() a obiectului de lucru coincide cu axa Oz i c dreapta auxiliar (('), coincide cu axa Oy.

Fig. 3.22. "Unghi de servici" i "unghi auxiliar" pentru MO de tip RPY

Pentru MO de tip RPY "unghiul de servici" este unghiul la vrful O al unui con necircular, avnd n planul yOz valoarea (4 iar n planul xOz valoarea (5. Pentru acelai MO, unghiul auxiliar reprezint unghiul la vrful O al altui con necircular, care n planul xOy are valoarea (6 iar n planul yOz are valoarea (4.

3.2.2. Dispozitive de ghidare cu topologie paralel

3.2.2.1. Structur

Dac mecanismul dispozitivului de ghidare are la baz un lan cinematic nchis, policontur, atunci dispozitivul de ghidare respectiv se numete ca fiind unul cu topologie paralel. Denumirea provine nsi din structura lor: ele conin dou elemente denumite platforme - de regul una fix i una mobil - care sunt legate ntre ele printr-un numr de lanuri cinematice deschise, denumite "conexiuni" [KOV 76] sau "brae" [ISP 99]. Adjectivul "paralel" folosit pentru definirea topologiei se refer la faptul, c cele dou platforme pot ocupa - n principiu - situri n planuri paralele, respectiv, conexiunile de legtur dintre ele au funcii "paralele".

n conformitate cu [KOV 76], desmodromia unui mecanism sintetizat din punct de vedere structural folosind conexiunile, este asigurat dac:

(3.18)

unde n este numrul elementelor legate ntre ele prin conexiuni avnd suma gradelor de libertate (Lc iar p este numrul de parametri cinematici impui mecanismului de sursele de energie mecanic exterioare, cte una de fiecare cupl cinematic conductoare c5c. n cazul dispozitivelor de ghidare cu topologie paralel (DGTP), elementele n cauz sunt n numr de n = 2, ele fiind cele dou platforme.

Numrul gradelor de libertate ale unei conexiuni este dat - n cazul includerii lor n mecanisme spaiale - de relaia:

(3.19)

unde nc este numrul de elemente coninute n conexiune, cic este numrul cuplelor cinematice de clasa i coninute n conexiuni, (Lid - suma gradelor de libertate de prisos i (Lp - suma gradelor de libertate pasive introduse de conexiunea n cauz.

n mod obinuit, n structura DGTP se folosesc conexiuni care au cuplele cinematice de clasa V-a (rotaii R i translaii T), de clasa IV-a (cilindrice C) i de clasa III-a (sferice S sau cardanice H0).

n [KOV 97] se prezint conexiunile cu elemente rigide utilizate pentru sinteza structural a DGTP.3.2.2.2. Dispozitive de ghidare cu topologie paralel cu elemente rigide

n tabelul 3.5 se prezint simbolurile i scheme cinematice ale unor DGTP cu elemente rigide desmodrome cu M = 3. Ele mai poart i denumirea de "active writs" (articulaii carpiene active) [MER 90].

Tab. 3.5. Simbolurile i scheme cinematice ale unor DGTP cu M = 3NrSIMBOLDENUMIRESCHEMA CINEMATIC

1PF3 + 3RT3 + PM3Manipulator Hunt

2PF4 + 3STS + 1S + PM4Manipulator Neumann

3PF3 + 3TRS + PM3Manipulator Behi

Tab. 3.5 (continuare)

NrSIMBOLDENUMIRESCHEMA CINEMATIC

4PF3 + 3RH0H0 + PM3Delta

5PF3 + RRR + 2RSS + PM3-

6PF6 + 3SSR + 3TSR + PM6-

Se utilizeaz simbolul PF pentru platforma fix i PM pentru platforma mobil, numerotate cu cte o cifr indicnd numrul cuplelor cinematice n componena crora intr. Cuplele cinematice conductoare sunt indicate prin sgei duble pe arc de cerc (R) sau segment (T).

n tabelul 3.6 se prezint simbolurile i scheme cinematice ale unor DGTP cu elemente rigide desmodrome cu M = 6. Ele mai poart i denumirea "left hands" (mini stngi). Simbolurile i indicaiile utilizate n tabelul 3.6 sunt folosite i n tabelul 3.7.

Tab. 3.6. Simbolurile i scheme cinematice ale unor DGTP cu M = 6NrSIMBOLDENUMIRESCHEMA CINEMATIC

1PF6 + 6STS + PM6Platform Stewart "SSM" [MER 90]

2PF6 + 6TCS + PM6-

Tab. 3. 6. (continuare)

NrSIMBOLDENUMIRESCHEMA CINEMATIC

3PF6 + 3STS + 3STC + PM6-

4PF6 + 6STS + PM3Robot Dunlop "TSSM" [MER 90]

Tab. 3.6. (continuare)

5PF3 + 6STS + PM3"MSSM" [MER 90]

6PF6 + 5RSS + TSC + PM5-

3.2.2.3. Dispozitive de ghidare cu topologie mixt cu elemente rigide i flexibile

Dispozitivele de ghidare cu topologie mixt constau din "etaje" formate din mecanisme cu topologie paralel desmodrome, cu elemente rigide sau rigide i flexibile, legate n serie. Pe aceast cale se constituie ca i "lanuri" simple sau ramificate. Legtura dintre etajele "i" i "i+1" se realizeaz prin intermediul unei platforme comune, care este "platform mobil" pentru etajul "i" i platform fix" (n sens relativ) pentru etajul "i+1". n cazul n care o anumit platform care intr n componena cuplelor cinematice conductoare ale unui etaj "I" este fix n raport cu sistemul de referin legat de baza robotului, se vorbete despre numrul gradelor de mobilitate Mi al etajului. n celelalte cazuri, se vorbete despre numrul gradelor de libertate Li+1 al modulului "i+1" (figura 3.23).

Fig. 3.23. Simboalele etajelor "i" i "i + 1"

Numrul gradelor de mobilitate al unui dispozitiv de ghidare cu topologie mixt se calculeaz prin nsumarea numerelor gradelor de mobilitate i de libertate ale etajelor componente:

(3.20)

unde n este numrul etajelor de tipul simbolizat n figura 3.23 a, iar m - numrul etajelor de tipul simbolizat n figura 3.23 b.

n figura 3.24 se prezint fotografia sistemului mecanic al robotului LOGABEX LX4, avnd dispozitivul de ghidare cu topologie mixt.

Fig. 3.24. Robotul LOGABEX LX4 cu structura topologic mixt [ISP 99]

n tabelul 3.7 se prezint scheme simbolice ale unor dispozitive de ghidare cu topologie mixt.

Tab.3.7.Scheme simbolice de dispozitive de ghidare cu topologie mixtNrSIMBOLMDENUMIRESCHEMA SIMBOLIC

1I3 + II36Structur

"trompoid"

2I3

II36-

Tab. 3.7. (continuare)

NrSIMBOLMDENUMIRESCHEMA SIMBOLIC

3I3 + II3 + III39Structur

"trompoid"

4 I3

+ III2 II38-

5 II2 I3 +

III27-

3.3. Efectorul final

3.3.1. Structur

Efectorul final este partea din sistemul mecanic al robotului prin care acesta din urm acioneaz asupra mediului, n conformitate cu destinaia lui.

Robotul industrial are n principal dou feluri de destinaii: cea de manipulare a unor obiecte de lucru i cea de prelucrare a unor obiecte de lucru. Adaptarea lui la o anumit destinaie se realizeaz - ntre altele - prin intermediul efectorului final. In consecin, efectorul final este unul dintre componentele robotului industrial prin care se realizeaz flexibilitatea acestuia.

Termenul de prelucrare este folosit n continuare n sens general, de "lucru efectuat asupra obiectului", viznd modificarea formei, dimensiunilor, proprietilor materialului, respectiv a strii suprafeelor obiectului, structurii acestuia (de exemplu prin montare / demontare).

n cazul n care robotul manipuleaz obiecte de lucru, efectorul final este un dispozitiv de prehensiune, care are rolul de a solidariza obiectul de lucru cu ultimul element al dispozitivului de ghidare. Micrile necesare manipulrii obiectului de lucru se realizeaz prin conferirea de ctre dispozitivul de ghidare ultimului element al su a unor micri adecvate. Denumirea "dispozitiv de ghidare" este de fapt prescurtarea denumirii "dispozitiv de ghidare a efectorului final".

Dac robotul industrial are destinaia de a prelucra obiecte de lucru, efectorul final este o scul sau un cap de for cu scul. Scula este cea care efectueaz operaia de prelucrare, fiind solidarizat la rndul ei de ultimul element al dispozitivului de ghidare. In acest caz, de fapt scula, respectiv capul de for mpreun cu scula joac rolul obiectului manipulat de dispozitivul de ghidare, care le confer micrile necesare efecturii operaiei de prelucrare.

Aciunea sculei asupra obiectului de lucru se realizeaz ntre altele prin efectuarea unui lucru mecanic util, rezultat din transformarea energiei mecanice nmagazinate n scul. Aceast energie mecanic este conferit sculei de micarea dispozitivului de ghidare, la al crui ultim element este ataat. Dac energia mecanic conferit de dispozitivul de ghidare nu este suficient, scula este ataat unui cap de for care i confer energia mecanic suplimentar. In acest scop, capul de for este nzestrat cu un motor care transform energia nemecanic (de obicei pneumatic sau electric) n energie mecanic. Capul de for este ataat la rndul su ultimului element al dispozitivului de ghidare al robotului, acesta din urm conferindu-i micarea necesar efecturii prelucrrii.

n cazul n care operaia de prelucrare necesit aport suplimentar de energie nemecanic i / sau de materiale, scula este prevzut cu dispozitive de aducere a agentului purttor de energie, respectiv a materialului (spre exemplu: capul de sudare cu arc n mediu de gaz protector are dispozitive de aducere a electrodului, a gazului protector, de conectare la o surs de energie electric; pistolul de vopsire cu aer comprimat are dispozitive de aducere a vopselei lichide sau a pulberii i unul de aducere a aerului comprimat, etc.).

Structura efectorului final corespunde cerinelor funcionale enumerate mai sus. Ea este prezentat n fig. 3.25 sub forma unei scheme bloc.

Fig. 3.25. Schema bloc a efectorului final

Efectorul final este solidarizat de ultimul element al dispozitivului de ghidare DG prin intermediul elementului de cuplare EC. Elementele de complian EC0, respectiv modulul de micromicare MM permit realizarea unor micri relative de mic amplitudine ale efectorului final n raport cu ultimul element al dispozitivului de ghidare n mod necontrolat, respectiv controlat.

Dac robotul industrial este destinat operaiilor de prelucrare, scula se ataeaz la una din componentele anterior amintite fie prin intermediul unui dispozitiv portscul fie prin intermediul unui element de acionare AC. n ultimul caz, elementul de acionare mpreun cu scula constituie capul de for CF.

n varianta dispozitiv de prehensiune DP a efectorului final mecanismul de prehensiune MP se ataeaz elementului de acionare, avnd ca funcie punerea n micare a degetelor care vin n contact cu obiectul de lucru prin bacurile Bac. Elementele AC, MP, Deget i Bac constituie mpreun dispozitivul de prehensiune DP.3.3.2. Elementul de cuplare

Elementul de cuplare realizeaz ataarea efectorului final la ultimul element al dispozitivului de ghidare, stabilindu-i n mod univoc i nemodificabil n timp situarea relativ a acestuia fa de elementul DG.

Elementul de cuplare const din dou pri, dintre care una este solidar cu ultimul element al dispozitivului de ghidare iar cel de-al doilea servete ca "element fix (relativ)" pentru toate componentele efectorului final. Cuplarea efectorului final la ultimul element al dispozitivului de ghidare se realizeaz prin imobilizarea relativ a celor dou pri ale elementului de cuplare. n acelai timp, elementul de cuplare asigur prin componente adecvate legtura conductelor pentru vehicularea fluidelor purttoare de energie (aer comprimat , ulei sub presiune) i a conductelor, care asigur realizarea circuitelor electrice pentru aportul de energie electric, respectiv de transmitere a informaiilor, ntre componentele efectorului final, cu conductele i conductorii avnd aceleai destinaii, aflai n alte sisteme componente ale robotului.

Se folosesc ca i elemente de cuplare obinuite, cuplaje mecanice tipizate (spre exemplu o pereche de flane cu guri), mpreun cu mufe, tuuri, racorduri pentru realizarea legturilor dintre conducte i conectori pentru conductoare. n cazul utilizrii unor asemenea elemente de cuplare, adaptarea robotului pentru ndeplinirea unor servicii modificate prin schimbarea efectorului final se face manual, prin demontarea unui efector final i montarea altuia, operatorul uman acionnd asupra elementului de cuplare.

Schimbarea automat a efectorului final se realizeaz ca un pas al programului de funcionare al robotului: el "depune" efectorul final utilizat pn n momentul respectiv ntr-un loca al unui depozit de efectori finali i preia un nou efector final dintr-un alt loca. n vederea schimbrii automate a efectorului final se utilizeaz elemente de cuplare la care imobilizarea / desprinderea relativ a semicuplajelor s se realizeze printr-o micare a ultimului element al dispozitivului de ghidare n raport cu depozitul de efectori finali, care reine efectorul final preluat / predat. Asemenea elemente de cuplare sunt construii cu mbinri tip baionet, cu buc elastic, cu bile i arcuri, etc. Odat cu strngerea / destrngerea cuplajului, se conecteaz / se deconecteaz i conductele, respectiv conductorii.

Schimbarea efectorului final se poate realiza i cu ajutorul unor dispozitive de tip cap revolver. n acest caz robotul manipuleaz de fapt depozitul de efectori finali, care la o anumit comand aduce efectorul final de utilizat n situarea necesar n raport cu ultimul element al dispozitivului de ghidare printr-o micare indexat (de obicei de rotaie). Folosirea dispozitivului tip cap revolver pentru schimbarea automat a efectorului final are avantajul meninerii legturilor mecanice, energetice i informaionale cu toi efectorii finali instalai n dispozitiv, dar are dezavantajul necesitii de manipulare de ctre robot a masei relativ mari a capului revolver.3.3.3. Elementul de complian

Elementul de complian realizeaz corecia de mic amplitudine a siturii efectorului final n raport cu ultimul element al dispozitivului de ghidare, ca urmare a interaciunii de tip for generalizat dintre robot i mediu. Elementul de complian conine - pe lng componente rigide - piese deformabile elastic i - uneori - cuple cinematice cu micare relativ amortizat (amortizoare). Piesele deformabile elastic sunt arcuri metalice sau executate din cauciuc.

Elementul de complian din componena efectorului final poate avea mai multe destinaii. Operaia de montaj robotizat impune, n majoritatea cazurilor, introducerea de ctre robot a unui tift ntr-un alezaj practicat n corpul de baz. n vederea realizrii operaiei, robotul confer tiftului o micare de translaie axial.

Reuita operaiei este condiionat de coincidena dintre axa tiftului i axa alezajului. Acest deziderat poate fi ndeplinit prin utilizarea pentru realizarea operaiei de montaj a unui robot de mare precizie (deci scump) sau prin utilizarea n cadrul efectorului final a unui element de complian, care s permit prin efectul reaciunilor alezaj - tift RA i RB, alinierea axei tiftului cu axa alezajului. Un exemplu de element de complian utilizat n montaj este dispozitivul RCC (Remote Center Compliance, element cu centrul de complian ndeprtat) [NOF 92].

Erorile n programarea robotului, nerespectarea de ctre acesta a programului su, apariia n spaiul de lucru a unor obstacole neprevzute pot conduce la coliziunea efectorului final cu alte obiecte, care pot cauza defectarea efectorul final, a dispozitivului de ghidare sau a obiectului ciocnit. Evitarea unor asemenea deteriorri se poate realiza prevznd efectorul final cu un element de complian, care se deformeaz elastic sub aciunea forelor de ciocnire, iar micarea rezultant din deformaie acioneaz un ntreruptor de avarie care oprete micarea dispozitivului de ghidare.

Elementele de complian din cadrul efectorilor finali n form de scule sau capete de for cu scule permit adaptarea micrii acestora la geometria real a suprafeelor de prelucrat (de exemplu la geometria unui rost de sudare sau la geometria unei suprafee de debavurat, etc.).

n cazul n care procesul de prelucrare executat de efectorul final genereaz vibraii, transmiterea acestora la dispozitivul de ghidare al robotului se poate diminua prin utilizarea n componena efectorului final a unui element de complian avnd cuple cinematice de amortizare.3.3.4. Modulul de micromicare

Modulul de micromicare realizeaz la rndul su corecia de mic amplitudine a siturii efectorului final n raport cu ultimul element al dispozitivului de ghidare, corecia fiind n acest caz comandat de sistemul de comand al robotului.

Modulul de micromicare conine de regul o cupl cinematic conductoare (mai frecvent de translaie T, mai rar de rotaie R), avnd elementul de baz imobilizat n raport cu elementul de cuplare, iar elementul condus este solidarizat cu componenta urmtoare existent "n aval" n efectorul final. Micarea relativ a elementelor cuplei cinematice conductoare a modulului de micromicare este antrenat de un element de acionare existent n modul.

La rndul su, modulul de micromicare din componena efectorului final poate s rspund la mai mute cerine.

Introducerea semifabricatului / scoaterea piesei finite n / din dispozitivul de lucru al unei maini de lucru necesit micri de mic amplitudine ale efectorului final, situat n prealabil n apropierea dispozitivului. Executarea acestei micri se poate realiza cu ajutorul modulului de micromicare, fr s fie necesare micri relative ale elementelor cuplelor cinematice conductoare ale dispozitivului de ghidare al robotului.

Comanda mixt de supervizare a roboilor industriali presupune conducerea automat a efectorului final n cadrul operaiei de prelucrare, pn n momentul n care operatorul uman supervizor constat abateri neprevzute ale mediului; el corecteaz micarea programat a efectorului final, comandnd intrarea n funcie de secvenele de funcionare necesare ale modulului de micromicare.

La execuia prin sudare cu arc n mediu de gaz protector a unor custuri de lime mare, capul de sudare execut o aa zis micare de "esere" (weawing), combinnd naintarea vrfului electrodului n lungul rostului cu o micare de pendulare perpendicular pe linia median a primei micri. Micarea de naintare n lungul rostului este realizat prin micarea programat a dispozitivului de ghidare, iar micarea de pendulare a capului de sudare se genereaz suprapus peste prima datorit modulului de micromicare inclus n componena efectorului final. Micarea de pendulare a capului de sudare este necesar, i n cazul n care robotul de sudare este nzestrat cu un senzor de rost a crui funcionare este bazat pe msurarea cderii de tensiune n arcul de sudare. Micarea de pendulare modific periodic distana dintre vrful electrodului i marginile rostului, deci i cderea de tensiune n arc, ceea ce permite localizarea siturii reale a rostului de sudare n raport cu robotul i corectarea programului acestuia.

3.3.5. Elemente de acionare

Elementele de acionare ataate efectorului final au rolul de a pune n micare de R sau T, elementele cuplei cinematice conductoare ale M.M.:

s pun n micare elementele mecanismului de prehensiune;

s confere o micare sculei dac efectorul final este un cap de for;

Motoarele de acionare pot fii liniare sau rotative, hidraulice, pneumatice, electrice.

Acionarea hidraulic se utilizeaz mai rar i se recomand, dac E.F. este ataat la un R.I. cu acionare hidraulic, sau se necesit fore mari de strngere sau pentru acionarea sculei.

Cel mai des se utilizeaz acionare pneumatic cu motoare liniare, rotative sau turbine pentru capete de for (burghie, urubelnie mecanice limitative, polizor, etc.). Acionarea pneumatic prezint unele avantaje:

posibilitatea de racordare rapid la reea;

compresibilitatea aerului care permite depirea unei poziii de blocare;

viteza ridicat a micrii;

n cazul utilizrii motoarelor electrice se necesit transmisii mecanice (urub-piuli, pinion cremalier). Acionarea cu motoare electrice prezint dezavantajul unei greuti mari, reducnd greutatea obiectului ce poate fii manipulat.

Dezavantajul poate fi redus, utiliznd acionarea electromagnetic. Modul de acionare al acestor acionri se va prezenta n cadrul construciei mecanismului de prehensiune.

3.3.6. Dispozitivul de prehensiune

3.3.6.1. Funciile dispozitivului de prehensiune

Dispozitivul de prehensiune are funcia de a impune obiectului manipulat o situare relativ determinat n raport cu ultimul element al dispozitivului de ghidare la care este ataat i cea de asigurare a meninerii n timp a acestei situri.

n figura 3.26 se prezint funciile dispozitivului de prehensiune.

Funcia de adaptare const n realizarea legturii fizice ntre obiectul de lucru i robot i mediul de lucru, conform comenzilor din programul de executat i informaiile senzoriale.

Funcia senzorial const n preluarea unor informaii privitoare la obiectul manipulat i mediu (form, poziie, for-cuplu, temperatur, etc.) prin intermediul unor traductoare sau senzori, n vederea transmiterii lor ctre sistemul de comand al R.I.

Fig. 3.26. Funciile dispozitivului de prehensiune

Impunerea siturii relative a obiectului manipulat n raport cu un sistem de referin poart denumirea generic de centrare. Se disting trei trepte ale centrrii: semicentrare, centrare i centrare complet. Exactitatea de realizare a centrrii se msoar prin eroarea de centrare.

Semicentrarea unui obiect se efectueaz prin suprapunerea unui plan al acestui obiect cu un plan al sistemului n raport cu care se realizeaz semicentrarea (n cazul de fa n raport cu elementul fix al mecanismului de prehensiune). Eroarea de semicentrare este unghiul ( format ntre planul aparintor obiectului i planul aparintor elementului fix al mecanismului de prehensiune, respectiv, distana (l dintre aceste plane, dac ele sunt paralele.

Centrarea unui obiect impune suprapunerea unei drepte aparinnd obiectului cu o dreapt aparinnd elementului fix al mecanismului de prehensiune. Eroarea de centrare se exprim prin unghiul de ncruciare ( a dreptei 0 aparinnd obiectului cu dreapta f aparinnd elementului fix i segmentul (l - lungimea perpendicularei comune a celor dou drepte (fig. 3.27.a).

Centrarea complet se realizeaz prin suprapunerea unui punct O0 aparinnd obiectului manipulat cu un punct Of aparinnd elementului fix al mecanismului de prehensiune. Eroarea de centrare complet este un vector al crui punct de aplicaie se gsete n O0 (fig. 3.27.b).

Fig. 3.27. Eroarea de centrare (a) i eroarea de centrare complet (b)

Fixarea/defixarea obiectului de lucru se realizeaz prin form sau for.

Fixarea/defixarea prin form a cuplei cinematice bacuri-obiect se realizeaz prin "nvluire" (wraping) a obiectului de ctre bacuri.

Imobilizarea obiectului n raport cu dispozitivul de prehensiune (cu totalitatea bacurilor acesteia) se realizeaz crend ntre obiect i bacuri un numr de puncte de contact cel puin egal cu 12 (cte dou puncte pentru fiecare grad de libertate).

Aceast idee este exemplificat n fig. 3.28, n care se prezint modul de imobilizare al unui obiect paralelipipedic.

Fig. 3.28. Amplasarea punctelor de contact pentru imobilizarea unui obiect paralelipipedic

Punctele 1 (de pe faa EFGH) i 2 (de pe faa ABCD), aparinnd bacurilor, mpiedic translaia obiectului n cele dou sensuri ale axei Oz; 3 (de pe faa ABFE) i 4 (de pe faa DCGH) - mpiedic translaiile dup Ox; 5 (de pe faa BCGH) i 6 (de pe faa ADHE) - mpiedic translaiile dup axa Oy; punctele 1 cu 7 (de pe faa EFGH) i 2 cu 8 (de pe faa ABCD) mpreun - mpiedic rotaia n ambele sensuri n jurul axei Ox; punctele 3 cu 9 (de pe faa ABFE) i 4 cu 10 (de pe faa BCGF) - mpiedic rotaia n jurul axei Oy, iar punctele 5 cu 11 (de pe faa BCGF) i 6 cu 12 (de pe faa ADHE) - mpiedic rotaia n jurul axei Oz. Un numr mai mare de puncte de contact dintre obiect i bacuri mrete stabilitatea prehensiunii. Se vede faptul c "norul de puncte" 1 12 "nvluie" obiectul.

Dou puncte de contact pe aceeai fa nlocuiesc o linie de contact cu bacul, trei puncte de contact pe o fa nlocuiesc o suprafa de contact cu bacul.

Fixarea/defixarea prin for a cuplei cinematice bacuri-obiect are loc prin strngere.

n timpul manipulrii de ctre robot a unui obiect, asupra acestuia acioneaz fore masice (gravitaionale i de inerie) i reaciuni de contact cu alte corpuri (n unele cazuri i fore tehnologice). Torsorul rezultant al acestor fore tinde s smulg obiectul manipulat dintre bacuri, "deschiznd" cupla cinematic bacuri-obiect. n vederea mpiedicrii smulgerii, mecanismul de prehensiune impune degetelor ca bacurile fixate pe ele s apese asupra obiectului. n urma acestei apsri, obiectul, dar i bacurile, degetele i celelalte elemente ale mecanismului de prehensiune sufer nite deformaii elastice de mic amplitudine, ceea ce genereaz reaciuni ntre obiect i bacuri. Reaciunea care lucreaz de la bac spre obiect constituie fora de strngere. Ea se menine n tot timpul prehensrii datorit mpiedicrii dispariiei deformaiilor elastice fie prin meninerea forei generalizate de acionare a mecanismului de prehensiune, fie prin intercalarea n structura acestuia a unui element de autofrnare.

3.3.6.2. Mecanisme de prehensiune

Mecanismul de prehensiune are rolul de a transmite i transforma micarea unui element conductor - micare conferit acestuia de elementul de acionare - la degetele care constituie elementele conduse ale mecanismului.

Numrul degetelor influeneaz dexteritatea i stabilitatea prehensiunii. Volmer [VOL 83] apreciaz variaia "capacitii de prehensare" n funcie de numrul degetelor n conformitate cu Tab. 3.8.

Tab. 3.8.

NUMRUL

DEGETELORCAPACITATEA DE

PREHENSARE [%]

5100

499

390

240

Se observ faptul, c scderea capacitii de prehensare cu descreterea numrului de degete sub 5 (corespunztor minii umane) este nceat, cu excepia saltului corespunztor trecerii de la 3 la 2 degete.

Practica a artat c n aplicaiile tehnice este suficient ca dispozitivul de prehensiune s aib 2 ( 3 degete. Proteze avansate au dispozitive de prehensiune cu pn la 5 degete.

Fig. 3.29. Poziiile relative ale dispozitivului de prehensiune (DP), dispozitivului de ghidare (DG) i obiectului de lucru (OL)

Dispozitivele de prehensiune (DP) se amplaseaz fie "n lungul" ultimului element al dispozitivului de ghidare (DG), fie formnd cu acesta un unghi, egal de obicei cu (/2 (fig.3.29).

Degetele dispozitivelor de prehensiune pot atinge cu bacurile pe care le poart obiectul de lucru (OL) pe suprafeele exterioare ale acestora (fig. 3.29.a, b, d, e) sau pe suprafeele interioare (fig.3.29.c).

Uneori, aceluiai dispozitiv de ghidare i sunt ataate mai multe dispozitive de prehensiune, fie pentru manipularea unor obiecte lungi (fig.3.29.d), fie pentru interschimbarea siturii mai multor obiecte de lucru (fig.3.29.e), ntr-un mod similar cu funcionarea capetelor revolver.

Mecanismele de prehensiune sunt mecanisme plane desmodrome de regul. Fiecrui deget i corespunde cte un lan cinematic.

n fig. 3.30 se prezint un mecanism de prehensiune cu dou degete (I i II).

Fig. 3.30. Mecanism de prehensiune cu dou degete (I i II)

Elementul 2I transmite micarea de la elementul conductor 1 la degetul 3I, iar elementul 2II transmite micarea de la elementul conductor 1 la degetul 3II. Se observ c lanul cinematic 2II - 3II este simetricul lanului cinematic 2I - 3I n raport cu planul de simetrie (P).

n tabelul 3.9 se prezint scheme structurale i cinematice pentru mecanismele de prehensiune cu cte n = 2(6 elemente coninute n lanul cinematic aferent unui deget dat.

Tab. 3.9

Nrnc5c4Schema structural a lanului cinematicSchema cinematic

a lanului cinematic

1210

2330

3321

Nrnc5c4Schema structural a lanului cinematicSchema cinematic

a lanului cinematic

3

4440

Nrnc5c4Schema structural a lanului cinematicSchema cinematic

a lanului cinematic

4

Nrnc5c4Schema structural a lanului cinematicSchema cinematic

a lanului cinematic

5432

6551

Nrnc5c4Schema structural a lanului cinematicSchema cinematic

a lanului cinematic

7670

3.3.6.3. Degete i bacuri

S-a artat, c degetele reprezint elementele conduse ale mecanismului de prehensiune. Ele vin n contact cu obiectul manipulat fie nemijlocit, fie prin intermediul bacurilor pe care le poart.

Degetele utilizate n construcia dispozitivelor de prehensiune pot fi rigide-constituind un corp unic, rigide - asamblate din mai multe corpuri, apoi pot fi legate ntre ele prin cuple cinematice de rotaie (degete articulate), elastice i deformabile.

Bacurile utilizate n construcia dispozitivelor de prehensiune sunt la rndul lor legate rigid de deget, articulate fa de acesta, suprafeele de contact cu obiectul fiind invariabil plane, cilindrice, sferice, tronconice, neregulate oarecare sau cu geometrie variabil.

mbinarea bacurilor cu degete poate fi nedemontabil sau demontabil. n ultimul caz, bacurile se pot schimba n funcie de forma obiectelor care urmeaz a fi manipulate.

Unele degete i bacuri cu form geometric variabil se adapteaz la forma geometric a obiectului manipulat (a suprafeei acestuia) i cu capacitatea de a "memora" forma geometric adoptat (degete i bacuri "instruibile").

Degetele constituite dintr-un corp unic rigide au forma unor bare dreptunghiulare sau curbe de diferite seciuni.

Degetele articulate conin fiecare mai multe elemente rigide legate prin cuple cinematice de rotaie, micarea lor relativ fiind acionat de ctre elementul de acionare al dispozitivului de prehensiune ntr-un mod similar cum sunt acionate falangele degetelor umane, cu fire / cabluri tensoare - extensoare. Ca urmare, elementele componente ale degetului se vor dispune cu suprafeele lor tangente la suprafaa obiectului manipulat, realizndu-se contactul deget-obiect n mai multe puncte, cupla cinematic de clasa VI-a ntre acesta din urm i dispozitivul de prehensiune nchizndu-se prin form ("nvluire").

Siturile relative ale elementelor degetelor se pot menine n timp prin inactivarea elementului care le acioneaz. n acest caz dispozitivul de prehensiune se "instruiete" pentru manipularea unor obiecte de form geometric identic cu forma primei piese prehensate. La schimbarea formei obiectului manipulat, siturile relative ale elementelor degetelor se "uit" prin acionarea micrii lor relative. Degetele articulate nu poart bacuri. n fig. 3.31 se prezint prehensarea unui obiect cu un dispozitiv de prehensiune avnd degete articulate.

Fig. 3.31. Prehensarea unui obiect cu ajutorul unor degete articulate

Degetele elastice sunt constituite din lame metalice elastice. Se ncadreaz n aceast categorie acele degete care au la prehensarea obiectului, n zona bacurilor, o sgeat mai mare dect exactitatea de poziionare de repetabilitate a robotului din care face parte dispozitivul de prehensiune.

Degetele elastice permit dispozitivului prehensarea unor obiecte ale cror forme i dimensiuni variaz n limite restrnse (dispozitive de prehensiune universale).

n cazul n care degetele elastice au la extremiti sgei de mrime comparabil cu mrimile curselor generalizate ale extremitilor degetelor rigide, dispozitivele de prehensiune cu asemenea degete nu au nevoie de mecanisme de prehensiune. Bacurile degetelor vor fi prevzute n acest caz cu suprafee nclinate. Reaciunile care acioneaz de la obiect la degete pe aceste suprafee "deschid" degetele naintea prehensiunii. n fig. 3.32 se prezint un dispozitiv de prehensiune cu dou degete elastice.

Fig. 3.32. Dispozitiv de prehensiune universal cu dou degete elastice

Degetele deformabile sunt construite din tuburi lise sau gofrate din materiale plastice. Pentru prehensarea obiectului se introduce n interiorul tuburilor-degete aer comprimat sau depresurizat.

n fig. 3.33 se prezint un dispozitiv de prehensiune cu degete deformabile, la care fora de strngere se realizeaz n principal datorit depresiunii aerului din degete i deformrii elastice a degetelor.

Fig. 3.33. Dispozitiv de prehensiune cu degete deformabile (de "Bears")

Fig. 3.34. Dispozitiv de prehensiune cu degete deformabile care nvluie obiectul

n fig. 3.34 este prezentat un dispozitiv de prehensiune cu degete deformabile care "nvluie" obiectul. Degetul ("SIMRIT") este n acest caz un tub de material plastic nchis la un capt, avnd pe o jumtate a sa gofraje care i micoreaz rigiditatea la ntindere. n cazul ptrunderii aerului comprimat n interiorul tubului, partea gofrat se ntinde mai mult dect cea negofrat i degetul se ndoaie.

Dispozitivele de prehensiune prevzute cu degete deformabile nu au nevoie de mecanismul de prehensiune; degetele deformabile nu poart bacuri.

La dispozitivele cu mecanisme de prehensiune, bacurile sunt montate pe degete cu ajutorul unor uruburi sau sunt legate de acestea prin intermediul unor articulaii de tipul cuplelor de rotaie sau sferice (fig.3.35.b, c). Bacurile articulate permit adaptarea contactului la forma obiectului manipulat i compenseaz eroarea de centrare a mecanismului de prehensiune.

Fig. 3.35. Bacuri rigide avnd suprafee de contact cu obiectul invariabile

n fig. 3.35.d sunt prezentate bacuri rigide, ale cror suprafee de contact cu obiectul sunt invariabile. Ele echipeaz dispozitivele de prehensiune care lucreaz cu strngerea obiectului manipulat.

Dac robotul industrial manipuleaz un mare numr de obiecte de lucru a cror form i dimensiuni nu se schimb n timp (n cadrul fabricaiei de serie mare sau mas), se utilizeaz uneori bacuri rigide ale cror suprafa de contact constituie amprenta negativ a unei pri a suprafeei exterioare a obiectului manipulat (bac "moale"). Prehensoarele cu astfel de bacuri se numesc "dispozitive de prehensiune speciale".

Bacurile rigide care echipeaz degetele pot fi schimbate prin demontare i montarea altora, n vederea adaptrii dispozitivului la obiecte de lucru de aceeai form, dar de dimensiuni diferite. Spre exemplu, degetele se pot echipa cu bacuri prismatice de diferite dimensiuni, fcnd posibil manipularea cu acelai dispozitiv a unor obiecte cilindrice de diametre diferite. Asemenea dispozitive poart denumirea de "dispozitive de prehensiune specializate".

Bacurile cu suprafaa de contact cu obiectul de geometrie variabil pot fi la rndul lor rigide sau deformabile.

Bacurile rigide cu geometrie variabil conin tifturi sau lamele cu poziie reglabil n raport cu corpul bacului, n funcie de forma geometric a obiectului (fig. 3.36). Dispozitivele de prehensiune echipate cu asemenea bacuri reglabile lucreaz prin "nfurare".

Fig. 3.36. Bacuri rigide, reglabile

Bacurile deformabile cu geometrie variabil constau dintr-o membran de material plastic, care se "muleaz" pe suprafaa obiectului manipulat, care astfel este prehensat prin nvluire.

n Fig. 3.37.a se prezint un bac care vine n contact cu obiectul ca urmare a "umflrii" membranei prin intermediul aerului comprimat insuflat n bac, dup ce n prealabil degetul a apropiat bacul de obiect.

n Fig. 3.37.b, "punga" format de membrana ataat de corpul bacului este umplut cu pilitur de fier. Degetul apropie bacul de obiect i membrana se "muleaz" pe suprafaa acestuia. Un cmp electromagnetic strbate masa de pilitur de fier, care se magnetizeaz i se solidific. Pe aceast cale, bacul a fost "instruit", el "nvnd" forma geometric a suprafeei obiectului. naintea trecerii la manipularea altor obiecte masa de pilitur de fier se demagnetizeaz i procesul de instruire se reia pentru "nvarea" formei noului obiect. Dup un principiu asemntor lucreaz bacul la care punga format este umplut cu un lichid de o anumit compoziie chimic; bacul "memoreaz" forma obiectului manipulat prin solidificarea lichidului coninut n pung dup exhaustarea aerului. Un nou contact cu aerul readuce substana din pung n stare lichid. Fig. 3.37. Bacuri deformabile cu geometrie variabil

Dispozitivele de prehensiune care se adapteaz la forma geometric a obiectului manipulat fie prin construcia degetelor (articulate, deformabile), fie prin construcia bacurilor ("moi", cu geometrie variabil, rigide i deformabile) poart denumirea de "dispozitive de prehensiune flexibile".

n tabelul 3.10 se prezint o "matrice" recapitulativ a principiilor funcionale (prin strngere sau nvluire) ale dispozitivelor de prehensiune, dependente de construcia degetelor i bacurilor.

Tab. 3.10

Bacuri

DegeteFr

bacuriGeometria suprafeei de contact a bacului

Invariabil, rigidVariabil

Plane

simple,

complexe,

alte formeAmprente

negative ale supraf.

obiectuluiRigideDefor-mabile

DegeteRigideMonocorpStrngereStrngerenvluirenvlu-ire1nvlu-ire1

Articulatenvluire1----

Elastice-Strngere3Strngere3--nvlu-ire1/3

Defor-mabile-nvluire2----

1 - dispozitive de prehensiune instruibile;

2 - dispozitive de prehensiune fr mecanisme de prehensiune;

3 - dispozitive de prehensiune realizate uneori fr mecanisme de prehensiune.

Dispozitivele de prehensiune care lucreaz dup principiul nvluirii - mai ales cele cu bacuri deformabile - se numesc "dispozitive de prehensiune moi" ("soft grippers").

3.3.6.4. Dispozitive de prehensiune electromagnetice i cu vid

Obiectele feromagnetice pot fi manipulate cu ajutorul unor dispozitive de prehensiune electromagnetice. Acestea nu conin elemente de acionare, mecanisme de prehensiune, degete sau bacuri.

n Fig. 3.38.a se prezint schema constructiv a unui dispozitiv de prehensiune electromagnetic. Dispozitivul const dintr-unul sau mai multe perechi de poli N-S, creai prin nfurarea unor bobinaje pe armturi legate ntre ele printr-un jug, toate metalice feromagnetice. Inelul este solidar cu ultimul element al dispozitivului de ghidare. La alimentarea bobinajelor polilor n curent continuu, se creeaz un cmp electromagnetic care se nchide prin obiectul care vine n atingere cu armturile polilor. Acetia dezvolt fiecare cte o for de atragere a obiectului Fem de intensitate dat de relaia:

(3.21)

unde B este inducia magnetic a electromagnetului, (0 permeabilitatea magnetic a vidului iar A, seciunea minim strbtut de fluxul cmpului magnetic msurat pe un plan normal pe liniile de flux.

Prehensiunea se realizeaz prin aciunea forei de atracie Fem (strngerea) i prin intermediul unor suprafee de ghidare a obiectului, prelucrate pe nite piese fixate pe jug (centrarea).

Desprinderea obiectului se realizeaz prin ntreruperea alimentrii cu energie electric a bobinelor. Ca urmare, dispare cmpul magnetic generat de electromagnei.

n cazul n care obiectul are o magnetizare remanent care mpiedic desprinderea (spre exemplu datorit forei gravitaionale), bobinele se alimenteaz n curent alternativ n vederea anulrii cmpului magnetic remanent.

Fig. 3.38. Dispozitiv de prehensiune electromagnetic

Desprinderea mai poate fi realizat prin aciunea unui mpingtor ce acioneaz asupra obiectului (fig. 3.38.b) sau prin slbirea jugului metalic, spre exemplu prin extragerea unei plci - cursor, ceea ce reduce inducia B i odat cu aceasta reduce i fora de atracie electromagnetic (fig. 3.38.c).

Dispozitivele de prehensiune electromagnetice prezint avantajul simplitii constructive i a aciunii lor rapide. Aceste dispozitive acioneaz pe o singur "fa" a obiectului.

Dezavantajele dispozitivelor de prehensiune electromagnetice constau n faptul, c nu pot manipula dect obiecte feromagnetice, avnd de preferin suprafee plane de dimensiuni relativ mari (accesibile armturilor electromagneilor), necesitatea meninerii cureniei obiectelor manipulate (murdria aderent micoreaz inducia magnetic, deci fora Fem). Obiectele manipulate menin magnetizarea remanent, de ele ader obiecte metalice nedorite (achii, piulie, etc). n cazul n care robotul preia obiecte din stive cu ajutorul unui dispozitiv de prehensiune electromagnetic, nu se poate controla riguros numrul obiectelor preluate (cmpul magnetic se nchide i prin cel de-al doilea, eventual al treilea sub cel atins de armturi); pentru a elimina efectele acestui dezavantaj, obiectele feromagnetice se stivuiesc pe nite blocuri de susinere - separare nemagnetice executate spre exemplu din lemn (fig. 3.38.d).

Obiectele relativ uoare, de dimensiuni mici sau care prezint suprafee plane pot fi manipulate de dispozitive de prehensiune cu vid (fig. 3.39).

Fig. 3.39. Dispozitiv de prehensiune cu vid

Ele constau dintr-un suport solidar cu ultimul element al dispozitivului de ghidare al robotului i care poart ca elemente active ventuze. Fiecare ventuz conine un spaiu care se nchide prin intermediul suprafeei plane a obiectului de manipulat. n acest spaiu se creeaz vid, ca urmare presiunea atmosferic apas obiectul de ventuz, solidarizndu-l cu acesta prin fora de strngere:

(3.45)

unde p este presiunea atmosferic (1 bar), D - diametrul cercului de contact dintre ventuz i obiectul manipulat, v - intensitatea procentual a vidului iar n reprezint numrul ventuzelor utilizate n dispozitiv.

Fig. 3.40. Modaliti de creare a vidului

Vidul din spaiul ventuzei poate fi creat prin conectarea acestuia la o conduct de vid (fig. 3.40.a), la un ejector (fig. 3.40.b) sau aderare la obiectul manipulat prin apsare (fig. 3.50.c). n ultimul caz, ventuza deformabil este apsat asupra obiectului, realizndu-se o diminuare a spaiului nchis ntre ventuz i obiect, cu expulzarea aerului din acest spaiu. Dac V0 este volumul spaiului din ventuza nedeformat, V1 - cel din ventuza deformat, intensitatea procentual a vidului realizat va fi:

(3.46)

n Fig. 3.51 sunt prezentate forme constructive ale unor ventuze. Cea redat n Fig. 3.51-a este deformabil, ataabil la conducta de vid sau ejector, ventuza din Fig. 3.51-b este deformabil i lucreaz prin aderare iar cea din Fig. 3.51-c este nedeformabil, ataabil la conducta de vid sau ejector. Ventuza din Fig. 3.51-d se folosete pentru preluarea unor obiecte care prezint suprafee de contact necoplanare.

Fig. 3.41. Forme constructive de ventuze

Avantajele dispozitivului de prehensiune cu vid constau n simplitatea lor i n faptul c ele pot folosi o singur "fa" de contact a obiectului.

Dezavantajele acestor dispozitive constau n lentoarea aciunii lor, faptul c ele pot manipula doar obiecte relativ uoare cu suprafee lise. Neregularitile suprafeelor de contact ale obiectelor, suprafeele murdare i impuritile aderate acestor suprafee diminueaz eficiena prehensiunii. Necesit consum mare de energie n cursul realizrii vidului la pompa central de vid sau la ejector. Uneori exist pericol de desprindere necontrolat a obiectului manipulat de dispozitiv, alteori se necesit dispozitive speciale de desprindere a acestuia la sfritul ciclurilor de manipulare.

3.4. Platforme mobile

3.4.1. Introducere

Platformele mobile (PM) constituie subsisteme n sistemul mecanic al roboilor, avnd drept funcie mrirea spaiului de lucru al acestora. n acest scop, ele poart dispozitive de ghidare mpreun cu efectori finali (PM fiind elementul de baz al DG), sistemul de acionare i - mcar n parte - sistemul de comand. PM pot fi utilizate i fr a "purta" dispozitive de ghidare i efectori finali. n ultimul caz, ele au ca destinaie deplasarea unor obiecte.

Dac PM intr n componena unor sisteme de rang superior, coninnd sisteme de acionare i sisteme de comand, ele poart denumirea de roboi mobili, indiferent dac au sau nu n componena lor dispozitive de ghidare i efectori finali.

Se construiesc PM cu micare ghidat prin ghidaje, pe roi, respectiv enile. PM pe roi pot fi ghidate pe ine sau automat. PM pe roi ghidate automat pot fi simple sau pe perne de aer. PM pe enile sunt ghidate automat.

Tot n categoria PM intr i cele care se deplaseaz prin pire ("maini pitoare"), prin trre ("maini trtoare") sau care periodic nu au contact cu solul.

3.4.2. Platforme mobile cu ghidaje fixe

PM ghidate prin ghidaje fixe sunt modulele de "translaie lung", cele de structur simplu i dublu portal, n consol i mixte de tip portal - consol. Caracteristica comun a acestor PM const n faptul, c ele conin una sau mai multe cuple cinematice conductoare de translaie ("axe") similare cuplelor cinematice conductoare ale DG a roboilor. Micarea relativ a elementelor acestora este acionat i comandat ("condus"), ca i micarea relativ a elementelor cuplelor cinematice conductoare ale DG. (Pentru problematica conducerii axelor roboilor v. cap. 5).

3.4.3. Platforme mobile pe roi ghidate prin ine

PM pe roi ghidate prin ine sunt de fapt nite vehicule pe ine. Din punct de vedere structural, vehiculul mpreun cu ina sau inele fixe pe care ruleaz roile constituie cuple cinematice de translaie.

PM ghidate pe ine se pot deplasa pe sol, suspendate sau i pe sol i suspendate fiind denumite generic ETV ("Electric Track Vehicles", vehicule electrice pe ine).

Toate PM pe roi ghidate prin ine au din punct de vedere structural numrul gradelor de mobilitate M=1. Cele la care inele sunt amplasate pe sol sau ina este suspendat pot funciona fie cu elementul de baz al DG al robotului montat pe PM, fie ca vehicule ghidate ntr-un sistem de manipulare (robocare).

Vehiculele ETV nu poart DG i EF de robot, ci doar couri n care se introduc piese care necesit a fi transferate.

3.4.4. Platforme mobile pe roi i pe enile ghidate automat

PM pe roi ghidate automat sunt vehicule care circul pe sol fr operatori umani i care pot urmri trasee comandate prin mijloace nemecanice. Ele mai poart denumirea de "vehicule ghidate automat" (VGA, "Automated Guided Vehicles", AGV) sau "robocare".

VGA sunt constituite dintr-un asiu, care poart sursa de energie (baterie de acumulatori), motorul (electric, de obicei de curent continuu), transmisia mecanic i o parte din sistemul de comand constnd dintr-un calculator mbarcat i dispozitivele periferice aferente. Pe asiu se poate monta sau nu, elementul de baz al DG al robotului.

asiul este prevzut cu roi motoare, de direcionare i purttoare. Roile motoare sunt acionate de sistemul de acionare mbarcat i condui ca axe de robot. Ele propulseaz vehiculul folosind principiul aderenei cu solul. Roile purttoare sunt neacionate, rolul lor rezumndu-se la susinerea sarcinei asiului. Roile de direcionare au rolul de a impune direcia deplasrii vehiculului. n vederea acestei funcii, orientarea lor relativ n raport cu roile motoare i purttoare se modific prin aciunea unui mecanism de direcionare acionat de un motor electric separat. Elementul motor al mecanismului de direcionare este condus n mod similar cu modul de conducere al unei axe de robot.

3.4.5. Platforme mobile care se deplaseaz prin pire sau trre

PM care se deplaseaz prin pire mai poart i denumirea de "maini pitoare" ("walking machines") iar cele care se deplaseaz prin trre, "maini trtoare" ("creeping machines").

Elementul comun al PM pitoare i a PM trtoare este faptul c ele se sprijin pe sol (sau n general, pe o suprafa fix) prin intermediul unor mecanisme avnd la baz lanuri cinematice articulate deschise, denumite "picioare", deplasarea PM rezultnd prin micarea acestor mecanisme. Numrul p al picioarelor la PM pitoare, respectiv trtoare este de obicei par, fiind cel puin doi.

Pirea se realizeaz prin ntreruperea contactului uneia sau mai multor picioare cu solul, deplasarea relativ a elementelor piciorului n raport cu asiul PM i restabilirea contactului picior - sol ntr-o alt situare relativ dect nainte. Micarea de mai sus poart denumirea de pas.

n cazul trrii, contactul dintre picioare i sol se menine tot timpul. Pasul de trre const din solidarizarea temporal a extremitii piciorului cu solul i micarea piciorului respectiv n raport cu asiul PM. Celelalte picioare, nemicate n raport cu asiul PM, alunec n raport cu solul.

n contextul ordinei de pire, se nelege prin micarea unui picior al PM pitor secvena coninnd ridicarea extremitii acestuia de pe sol, avansarea ei n "aer" i revenirea extremitii n contact cu solul, ntr-o situare diferit de prima. O asemenea secven se cheam pas.

n contextul PM trtoare, se nelege prin micarea piciorului secvena n decursul creia extremitatea piciorului se solidarizeaz cu solul i piciorul "trage" asiul platformei ca urmare a micrii relative a elementelor cuplelor cinematice conductoare ale sale.

3.4.6. Platforme mobile care se deplaseaz prin salturi

PM care se deplaseaz prin salturi mai poart denumirea de "maini sritoare" ("jumping machines"). Sistemul de acionare a PM care se deplaseaz prin salturi conine piese n micare de rotaie avnd centre de mas dispuse la o anumit distan (excentricitate) de axa de rotaie. Ca urmare, asupra pieselor respective i asupra PM vor lucra fore de inerie de direcie variabil, care n decursul unor intervale de timp anuleaz efectul forelor gravitaionale care acioneaz asupra PM, cauznd desprinderea ei de sol i executarea de ctre aceasta a unui salt. Dup modificarea direciei de acionare a forelor de inerie, PM ajunge din nou n contact cu solul, saltul ncheindu-se. Durata saltului depinde de modul de dispunere i micare a pieselor generatoare a forelor de inerie.

27CAPITOLUL 3Sistemul mecanic al robotului

273.1.Introducere

303.2.Dispozitivul de ghidare

303.2.1.Dispozitive de ghidare cu topologie serial (DGTS)

303.2.1.1.Structur

353.2.1.2.Mecanisme generatoare de traiectorie (MGT). Spaii de lucru.

423.2.1.3.Mecanisme de orientare (MO). Unghiuri de servici i unghi auxiliar.

493.2.2.Dispozitive de ghidare cu topologie paralel

493.2.2.1.Structur

503.2.2.2.Dispozitive de ghidare cu topologie paralel cu elemente rigide

553.2.2.3.Dispozitive de ghidare cu topologie mixt cu elemente rigide i flexibile

583.3.Efectorul final

583.3.1.Structur

613.3.2.Elementul de cuplare

623.3.3.Elementul de complian

633.3.4.Modulul de micromicare

643.3.5.Elemente de acionare

653.3.6.Dispozitivul de prehensiune

653.3.6.1.Funciile dispozitivului de prehensiune

683.3.6.2.Mecanisme de prehensiune

753.3.6.3.Degete i bacuri

823.3.6.4.Dispozitive de prehensiune electromagnetice i cu vid

863.4.Platforme mobile

863.4.1.Introducere

873.4.2.Platforme mobile cu ghidaje fixe

873.4.3.Platforme mobile pe roi ghidate prin ine

883.4.4.Platforme mobile pe roi i pe enile ghidate automat

883.4.5.Platforme mobile care se deplaseaz prin pire sau trre

893.4.6.Platforme mobile care se deplaseaz prin salturi

PF6

LII=3

PF3

PM3

PM3

PF3

PM3

PF3

PM4

PF4

PM3

PF3

'

6

5

4

4

"Unghi de

servici"

"Unghi

auxiliar"

O

z

y

x

z

6

az

O'

5

6

y

O

5

4

MGT

3

4

5

x

6

4

/4

/4

z

6

4

ay

O'

5

6

x

O

5

MGT

3

4

5

y

6

4

ax

O'

z

5

6

y

O

6

5

4

MGT

3

4

5

x

6

4

ax

O'

z

5

6

y

O

6

5

4

MGT

3

4

5

x

6

4

O'

z

5

6

y

O

6

5

4

MGT

3

4

5

x

6

4

z

5

6

y

O

6

5

4

MGT

3

4

5

x

6

4

z

5

6

x

O

6

5

4

MGT

3

5

y

6

4

4

z

5

6

x

O

6

5

4

MGT

3

5

y

6

4

4

5

4

O1

O

ay

z

x

y

5

5

4

4

3

MGT

5

3

4

MGT

4

5

z

y

x

5

4

O

4

4

MGT

4

3

z

Flexie-extensie

(Pitch)

Supinaie-pronaie

(Roll)

Aducie-abducie (Yaw)

z

y

x

1

O

C

3

2

B

0

A

O"

O'

z3

2

3

1

1

O

C

2

B

0

A

A

C

B

O

3

2

1

0

OVI

OV

3

2

C

3

OIV

O"'

O"

O'

2

2

3

2

3

O

2

B

1

0

A

OVI

OV

3

2

C

3

OIV

O"'

O"

O'

2

2

3

2

3

O

2

B

1

0

A

3

2

B

O

C

1

0

A

A

C

B

O

3

2

1

0

OVI

OVIII

OVII

2

0

OV

1

1

3

A

B

C

O

x3

OIV

O"'

O"

O'

2

2

x3

3

O

C

2

B

1

0

A

3

2

B

O

C

1

0

A

3

2

1

O

C

z

Oz

Oy

B

A

1

O'

O'"

O"

y

A

C

B

O

3

2

1

0

A

C

B

O

3

2

1

0

A

B

C

OV

3

2

1

0

OVII

OVI

OIV

O"'

O"

O'

O

z

y

x

Oy

Oz

Ox

OVIII

O

r

2

B

B'

B"

0

2

1

A

x1

O1

0

x2

O'

O"'

PM6

PF6

PF6

PM6

PF6

PM6

O"

O

OIV

B

A

2

1

1

1

y1

x2

O2

O1

O

2

1

0

B

A

O'

O"

O"'

OIV

0

A

1

2

1

O

r

r

B'

B

B"

1

2

Spaiul

de lucru

0

A

x1

O"

O'

O

1

0

Spaiul

de lucru

O

O'

O"

A

1

1

1

x

y

z

O

Dreapt

caracteristic

Dreapt auxiliar

Punct

caracteristic

MECANISM

GENERATOR

DE TRAIECTORIE

MECANISM

DE

ORIENTARE

PLATFORM

MOBIL

DISPOZITIV

DE GHIDARE

DISPOZITIV DE PREHENSIUNE

SAU SCUL

EFECTOR

FINAL

SISTEM

MECANIC

H

3

2

1

O

z

Obiect prismaticapucat

(f)

(0)

l

PF6

PM5

b)

PF3

PM3

Cupl sferic dubl

PF6

PM3

a)

PFi + 1

PFi

PMi + 1

PMi

Li + 1

i + 1

i

Mi

MI = 3

II3

I3

I3

II3

MII = 3

MI = 3

I3

II3

III3

MI = 3

LII= 3

LIII = 3

III2

I3

LIII = 2

II3

MII = 3

MI = 3

II2

III2

I3

LII = 3

LIII = 2

MI = 3

b)

a)

EMBED Equation.3

Of

O0

G

F

E

D

C

B

A

6

5

8

7

10

9

12

11

4

y

x

OL2

OL1

DP1

DP2

DG

e)

OL

DP1

DP2

DG

d)

c)

OL

DP

DG

EMBED Equation.3

OL

DP

DG

b)

OL

DP

DG

a)

Obiect

cilindric apucat

Incint

depresurizat

2ll

2l

II

I

0

3ll

3l

1

P

0

1

A/(

V

1

0

V

V

V

1

2

0

2

0

1

A/(

B/(

C/(

C/(

2

1

0

A/(

B

1

0

A/(

C/(

2

B

2

C

B

0

1

A/(

C

2

B

0

1

A/(

V

IV

V

0

1

2

2

C

0

1

A/(

B

2

0

1

A/(

B

C

B

A

0

1

2

C/(

B

D

A/(

0

1

2

C/(

3

B

C/(

A

0

1

2

D

3

B

C/(

A

0

1

2

D

3

B

C/(

A

0

1

2

D

3

B

D/(

A

0

1

2

C

3

B

D

A/(

0

1

2

C

3

B

D

A/(

0

1

2

C

3

B

D

A

0

1

2

C

3

V

V

V

0

1

2

V

3

D

A/(

0

1

2

C/(

3

B

B/(

D

A/(

0

1

2

C

3

B

D/(

A

0

1

2

C/(

3

IV

IV

V

0

1

2

V

3

E/(

D

2

3

0

1

A/(

B

C

2

E/(

D

3

0

1

A/(

B

C

C

2

E

D

3

B

0

1

A/(

F

4

C

2

E

D

3

0

1

A/(

B

F

4

0

1

2

3

IV

V

V

V

V

4

V

C

2

F

3

5

0

1

A/(

B

4

E

G

D

C

2

F

D

3

0

1

A/(

B

G

5

4

E

0

1

2

4

IV

V

V

V

V

5

V

V

3

c)

b)

a)

Obiect de apucat

Orificiu pt. ntrodus

aerul comprimat

Deget "SIMRIT"

Obiect

Prehensorul cu degei "SIMRIT"

a)

Deget

Bac cu suprafaa

de contact plan

b)

Deget

Cupl

de rotaie

Bac

c)

Deget

Cupl

sferic

Bac

d)

Deget

Bac

prismatic

e)

Deget

Bac cu supra-

fa cilindric

f)

Deget

Bac cu supra-

fa oarecare

g)

Deget

Suport

Obiect

Bac

"moale"

a)

Deget

tifturi

reglabile

Corpul

bacului

Obiect

b)

Deget

Corpul

bacului

Lamele reglabile

Obiect

a)

Membran

Deget

Obiect

Aer comprimat

Deget

Jug

Cmp

electro-magnetic

Obiect

Pung cu pilitur de fier

b)

a)

Fem

Bobin

Obiect

N

S

Armtur

DG

Jug

Fem

S

N

c)

b)

S

N

Obiect

Jug

mpingtor

S

N

Obiect

Jug

Plac cursor

d)

Obiecte de manipulat

Calupuri

de susinere

Jug

Obiect

Ventuze

DG

Spre

sursa de

vid

p

D

v %

a)

b)

c)

V0

V1

a)

b)

c)

d)

_1012750761.unknown

_1013187797.unknown

_1014293890.unknown

_1015786366.unknown

_1134194538.unknown

_1015924733.unknown

_1014971063.unknown

_1015751864.unknown

_1014357837.unknown

_1013614592.unknown

_1014227794.unknown

_1013330408.unknown

_1013614543.unknown

_1013155963.unknown

_1013158531.unknown

_1013155899.unknown

_1012567901.unknown

_1012569547.unknown

_1012577217.unknown

_1012568476.unknown

_1012556925.unknown

_1012557058.unknown

_1012556510.unknown

_1012556912.unknown

_1012556499.unknown