Curs Roboti 2 DLM

32
Roboti industriali Caracteristici si clasificare. Aspecte cinematice si configuratii constructive

description

Curs Roboti

Transcript of Curs Roboti 2 DLM

Roboi industriali

Roboti industrialiCaracteristici si clasificare. Aspecte cinematice si configuratii constructiveRoboti industrialiRobotii industriali sunt instalatii de manipulare destinate deplasarii pe traiectorii variabil programabile a unor obiecte avnd posibilitatea efectuarii unei diversitti de operatii.Caracteristici generalesunt realizati pentru a executa n principal operatii de manipulare, deplasare si transport, care necesita viteza si exactitate, dar pentru forte limitate;poseda mai multe grade de libertate (2-6) astfel nct sa poata executa operatii complexe;sunt autonomi sau relativi autonomi;sunt dotati cu o memorie reprogramabila capabila sa acumuleze date necesare executarii operatiilor;sunt dotati cu capacitate logica, n general redusa, astfel nct pot lua decizii ntre diverse alternative.Roboti industrialiActivittile de fabricatie s-au automatizat - robotizat atunci cnd:energia necesara sau mediul nconjurator depseste posibilittile de suportare ale operatorului uman;priceperea necesara pentru a produce ceva util depseste capacittile operatorului uman;cererea pentru produs este att de mare nct exista o motivatie pentru cautarea unor modalitti de fabricatie mai bune.

ClasificareDupa informatia de intrare si modul de nvtare al robotului industrial:Manipulator manual - este actionat direct de catre om;Robot secvential - are anumiti pasi ce asculta de o procedur predeterminata.robot secvential fix, la care informatia predeterminat nu poate fi usor modificata; robot secvential variabil, la care informatia predetrminata poate fi usor schimbata;Robot repetitor (playback) - la nceput omul nvata robotul procedura de lucru, acesta memoreaza procedura, apoi o poate repeta de cte ori este nevoie.Robot cu control numeric. - robotul industrial executa operatiile cerute n conformitate cu informatiile numerice pe care le primeste.Robotul inteligent si decide comportamentul pe baza informatiilor primite prin senzorii pe care i are la dispozitie si prin posibilittile sale de recunoastere.

ClasificareDupa forma miscarii Robotul cartezian este cel ce opereaza ntr-un spatiu definit de coordonate carteziene;Robotul cilindric este similar celui cartezian, dar spatiul de lucru al bratului este definit n coordonate cilindrice;Robotul sferic (polar) are spatiul de lucru definit n coordonate sferice (polare);Robotul protetic are un brat articulat;Roboti industriali n alte tipuri de coordonate.

ClasificareDupa generatii sau nivele, n functie de comanda si gradul de dezvoltare al inteligentei artificiale:Roboti din generatia I - actioneaza pe baza unui program flexibil, dar prestabilit de programator, care nu se mai poate schimba n timpul executiei;Robotii din generatia a-II-a - programul flexibil prestabilit poate fi schimbat n limite foarte restrnse n timpul executiei;Robotii din generatia a-III-a - poseda nsusirea de a-si adapta singuri programul n functie de informatiile culese prin proprii senzori din mediul ambiant.

Roboti industriali

Sistemul mecanic al robotilor industriali

Sistemul mecanic al robotilor industriali corespunde bratului si minii umane. Sistemul mecanic este constituit dintr-un lant cinematic format din elemente rigide interconectate prin cuple de rotatie sau translatie care permit miscarea lor relativa.Capatul inferior al lantului cinematic este fixat n batiu, iar capul superior sustine mna robotului respectiv dispozitivul de prehensiune sau scula sau gripper.

Se urmareste ca structura mecanica sa asigure:O mobilitate ct mai mare (determinat de antropomorfism) - antropomorfismul se defineste ca fiind asemanarea dintre caracteristicile bratului robotic si bratul omului.Greutate ct mai mica.Suplete.Randament energetic ridicat.Elemente constructive

Elementele constructive ale unui robot industrialncheietura minii AntebraulAxa cotului Braul UmarulAxa umarului TaliaElemente de fixare a robotilor industriali

Fixarea rigida la podea

Fixarea rigida n consola

Configuratie mobilaElemente de cinematicaRobotii de manipulare sunt alcatuiti din legaturi mecanice conectate ntre ele prin articulatii, formnd astfel un lant cinematic deschis. Articulatiile pot fi de rotatie sau de translatie. Numarul de articulatii determina gradele de libertate ale unui manipulator. n mod tipic, un robot de manipulare trebuie sa aiba cel putin sase grade de libertate independente: trei pentru pozitionare si trei pentru orientare.

Exemple de cuple cinematice

Configuratii ale bratelor si ncheieturii

Punct caracteristic. Dreapta caracteristicaPunctul obiectului manipulat, arbitrar ales, utilizat la stabilirea legilor de distributie a vitezelor si acceleratiilor, n scopul miscarii generale spatiale a corpului prins n dispozitivul de prehensiune se numeste punct caracteristic.O dreapta care apartine obiectului manipulat si trece prin punctul caracteristic, folosita pentru descrierea miscarii, poarta denumirea de dreapta caracteristica.Punct caracteristic. Dreapta caracteristicaPunctul caracteristic este un punct virtual ales de proiectant pentru studiul miscarii mecanismului generator de traiectorie. Acest punct se alege pe axa longitudinala a ultimului element al lantului cinematic la ncheietura minii pe scula.

Punctul caracteristicPunctul caracteristic poate fi poziionat n interiorul spaiului de lucru al robotului industrial ntr-unul din urmatoarele sisteme de coordonate: sistem de coordonate cartezian sistem de coordonate cilindric sistem de coordonate sferic sistem de coordonate unghiular

Robot n sistem de coordonate cartezian

Robot n sistem de coordonate cilindricePunctul caracteristic

Robot n sistem de coordonate sferice

Robot n sistem de coordonate unghiulareMecanisme generatoare de traiectorie. Mecanisme de orientarePartea lantului cinematic de ghidare care realizeaza modificarea pozitiei punctului caracteristic reprezinta mecanismul generator de traiectorie. n principiu acesta trebuie sa aiba gradul de mobilitate 3, realiznd modificarea celor 3 coordonate carteziene ale punctului caracteristic. Acea parte a dispozitivului de ghidare care serveste la orientarea dreptei caracteristice d1, dupa o succesiune de directii impuse, se numeste mecanism de orientare. Mecanismul de orientare n principiu are tot 3 grade de mobilitate.Roboti industriali. Clasificare n functie de mecanismul generator de traiectorieRoboti industriali tip brat articulat Robotul industrial tip brat articulat are ca mecanism generator de traiectorie un lant cinematic deschis compus din cuple cinematice de rotatie. Acesti roboti au o mare suplete care permite accesul n orice punct al spatiului de lucru. Dezavantajul sau principal l constituie rigiditatea sa redusa.

Roboti cu brat articulat

ESAB (Suedia)Unimation (SUA)Cincinnati Millacrom (SUA)Roboti industriali de tip lant nchisMecanismul generator de traiectorie al acestui robot este un lant cinematic nchis, de tip patrulater articulat. Cuplele cinematice care intra n componenta robotului sunt cuple de rotatie. Datorita constructiei, ei au un spatiu de lucru considerabil marit fata de robotii de tip brat articulat. Avnd n vedere rigiditatea lor ridicata ei manipuleaza sarcini mari. Principalul lor dezavantaj consta n constructia relativ complicata.

Trallfa (Norvegia) K15 (Germania)Roboti industriali de tip pistol Acest tip de robot industrial este constituit dintr-un corp central ce poarta numele de brat, asemanator unei tevi de pistol, care-si poate modifica directia si lungimea.Constructia lor este simpla iar spatiul lor de lucru este relativ mic. Se utilizeaza n special la manipularea unor mase reduse. Din punct de vedere structural sunt roboti de tip TRT.

MHU Senior (Suedia)

Schema cinematicaRoboti tip turelaRobotii industriali de tip turela au o arhitectura asemanatoare robotilor de tip pistol. Caracteristic pentru acest tip de robot este faptul ca ntre corpul central si brat, avnd constructia si miscarile similare cu cele ale subansablului similar de la tipul pistol, se interpune un subansamblu de tip turela, care permite o rotatie suplimentara n jurul unei axe care se gseste ntr-un plan orizontal. Robustetea si supletea acestui tip de roboti este superioara celor de tip pistol. Robotii de tip turela sunt utilizati n aproape orice tip de aplicatie avnd din acest punct de vedere un caracter universal. Din punct de vedere structural sunt roboti de tip RRT.

Roboti de tip coloanaAcest tip de robot are un brat care poate efectua o translatie, este purtat de o coloana verticala care se poate roti permitnd n acelasi timp si o translatie pe verticala. Robotii de tip coloana au o constructie simpla, sunt robusti si au o buna dexteritate. Sunt mai putin suplii dect cei de tip pistol si turela.

Roboti tip cadru Acest tip de roboti au o rigiditate deosebita, coloana de la tipul precedent fiind nlocuita cu un cadru. n rest ei au structura robotilor de tip coloana.

Roboti de tip portal n cazul n care este necesara manipularea unor piese grele ntr-un spatiu de dimensiuni mari se utilizeaza robotul tip portal. Acest tip se ntlneste frecvent n industria de automobile. Din punct de vedere structural ei apartin tipului TTT.

Roboti de tip caruciorn vederea maririi spatiului de lucru, robotii se monteaza pe carucioare care se pot deplasa liber pe sine.

Roboti SCARARobotii SCARA au fost realizati pentru prima data la Universitatea YAMANASHI din Japonia.Initialele SCARA provin de la: ,Sellective Compliant Articulated Robot Arm. Avantaj - manipularea obiectelor cu greutate mai mare de 30 kg.

Robotul tip SCARA (TRR)

Robot RS20 SCARA

Robot RS60 SCARARoboti PUMA

PUMA 560 6 DOFSistemul mecanic al robotului industrial RV-M1Robotul industrial RV-M1, n varianta de baza, are 5 cuple cinematice de rotatie (J1, J2, J3, J4, J5) care sunt actionate cu servomotoare de curent continuu.Aceste servomotoare sunt echipate cu traductoare de pozitie a rotorului. Cu ajutorul acestor traductoare se poate realiza controlul pozitiei robotului pe baza unghiurilor formate de articulatii.

Sistemul mecanic al robotului industrial RV-M1Pe lnga cele 5 grade de mobilitate acesta are atasata o axa suplimentara, numita Slide (ghidaj), folosita pentru deplasarea robotului de-a lungul axei Y n sistemul de coordonate cartezian.Deplasarea robotului pe Slide este realizata cu ajutorul unui servomotor de curent continuu prevazut cu un traductor de pozitie. Senzorii de proximitate LS1 si LS2 sunt utilizatipentru sincronizarea initiala a miscarii (LS1), respectiv ca limitatoare de cursa.Proiectarea sistemului mecanicConfigurarea lantului cinematic, calculul fortelor si momentelor.Configurarea sistemului de actionare, a traiectoriei sistemului, etc. Constructia efectiva a structurii mecanice.Amplasarea sistemului senzorial pasiv.Etape impuse la proiectarea sistemului mecanicAnaliza configuratiilor dezvoltate de catre competitori si identificarea posibilelor brese pentru facilitarea dezvoltarii de noi configuratii.Studii de piata si identificarea cerintelor/celor mai importanti parametrii ai procesului tehnologic.Identificarea si individualizarea parametrilor de performanta ai sistemului. Elaborarea unui grafic de derulare n timp.Elaborarea desenelor de ansamblu/subansamblu. Combinarea si armonizarea componentelor proiectate. Estimarea costurilor pentru variantele alternative.Emiterea comenzilor componentelor care implica timpi mai mari de fabricare si paralel cu aceasta testarea noilor componente introduse n configuratia noua.Testarea performantelor noului sistem si corectia erorilor.Elaborarea documentatiei.Lansarea n fabricatie. Sistemul mecanicPuncte slabeSistemulMasuri corectiveMetoda de calculDeformarea ntregii structuri sau a unui elementreducere greutatemarire rigiditateFEMDilatare termica

ndepartare/izolare sursa de calduraFEMFrecare

nlocuire rulmentiadaugare lubrefianti experienta utilizatorDeformare sub actiunea solicitarilor dinamicemarire rigiditatediminuarea masei elementelor n miscaredistributia maselor

metode de corectie pe baza de frecventa/timp