ROBOTI PARALELIROBOTI PARALELI

Prof. Tudorica PampaProf. Tudorica Pampa

Notiuni generaleNotiuni generale

Roboţii paraleli au apărut la inceputul Roboţii paraleli au apărut la inceputul anilor 90, putând asigura o extensie a anilor 90, putând asigura o extensie a roboţilor clasici seriali printr-o mai bună roboţilor clasici seriali printr-o mai bună precizie poziţională, o foarte bună precizie poziţională, o foarte bună comportare dinamică şi o mare comportare dinamică şi o mare manevrabilitate. manevrabilitate.

Din păcate volumul de lucru este mai mic, Din păcate volumul de lucru este mai mic, iar comanda lor este mult mai complexă. iar comanda lor este mult mai complexă.

Roboţii paraleli se disting printr-un Roboţii paraleli se disting printr-un excelent raport masă manipulată / masă excelent raport masă manipulată / masă robot. robot.

Avantaje si dezavantaje ale Avantaje si dezavantaje ale robotilor paralelirobotilor paraleli

Avantaje:Avantaje:

- un raport foarte bun masă manipulată / masă robot, graţie - un raport foarte bun masă manipulată / masă robot, graţie structurii sale fiecare motor suportând 1/n din masa structurii sale fiecare motor suportând 1/n din masa manipulată, unde n reprezintă numărul lanţurilor cinematice manipulată, unde n reprezintă numărul lanţurilor cinematice independente;independente;

- masele mici în mişcare asigură o bună comportare dinamică - masele mici în mişcare asigură o bună comportare dinamică ceea ce asigură viteze şi acceleraţii mari (max. 6m/s respectiv ceea ce asigură viteze şi acceleraţii mari (max. 6m/s respectiv 22g);22g);

- modelul geometric simplu asigură o conducere uşoară;- modelul geometric simplu asigură o conducere uşoară; - precizie poziţională deosebită (0.010-0.005).- precizie poziţională deosebită (0.010-0.005).Dezantaje:Dezantaje: - volumul de lucru redus comparativ cu cel al roboţilor seriali;- volumul de lucru redus comparativ cu cel al roboţilor seriali; - utilizarea unor articulaţii superioare cu mai multe probleme - utilizarea unor articulaţii superioare cu mai multe probleme

tehnologice. tehnologice.

Acţionarea roboţilor paraleliAcţionarea roboţilor paraleli Acţionarea pneumaticăAcţionarea pneumaticăeste simplă ,permite vitezeeste simplă ,permite viteze

mari de lucru dar este mari de lucru dar este soluţia cea mai puţin precisă soluţia cea mai puţin precisă şi totodată permite şi totodată permite obţinerea unor forţe relativ obţinerea unor forţe relativ mici.mici.

Principalele variante ale Principalele variante ale acţionării pneumatice sunt:acţionării pneumatice sunt:

Acţionare pneumatica Acţionare pneumatica secvenţialăsecvenţială

Acţionare pneumatică Acţionare pneumatică asistată hydraulicasistată hydraulic

Acţionarea pneumatică de Acţionarea pneumatică de precizieprecizie

Acţionarea hidraulică Acţionarea hidraulică permite permite obţinerea unor forţe foarte obţinerea unor forţe foarte mari la precizii ridicate dar mari la precizii ridicate dar este o soluţie mai putin curată este o soluţie mai putin curată din cauza scăpărilor inevitabile din cauza scăpărilor inevitabile de ulei din sistemul hidraulic, de ulei din sistemul hidraulic, necesită condiţii de mediu necesită condiţii de mediu stricte şi nu permite viteze stricte şi nu permite viteze ridicate de lucru. ridicate de lucru.

Variantele de acţionare cele mai Variantele de acţionare cele mai raspândite sunt:raspândite sunt:

1. Acţionarea electro-hidraulică 1. Acţionarea electro-hidraulică servocomandată analogic;servocomandată analogic;

2. Acţionarea electro-hidraulică 2. Acţionarea electro-hidraulică servocomandată digital.servocomandată digital.

Construcţia robotului paralelConstrucţia robotului paralel Pentru construcţia robotului paralel trebuie să alegem una din Pentru construcţia robotului paralel trebuie să alegem una din

variantele posibile a acestor mecanisme. variantele posibile a acestor mecanisme. Alegerea se face pe baza criteriilor :Alegerea se face pe baza criteriilor : mecanismul să aibă un volum de lucru cât mai mare;mecanismul să aibă un volum de lucru cât mai mare; să fie cât mai uşor de realizat din punct de vedere tehnologic;să fie cât mai uşor de realizat din punct de vedere tehnologic; să ţină cont de limitările cinematice ( cu privire la amplasarea unui să ţină cont de limitările cinematice ( cu privire la amplasarea unui

dispozitiv pe platforma mobilă ).dispozitiv pe platforma mobilă ).

În urma analizei variantelor posibile ale În urma analizei variantelor posibile ale acestor tipuri de mecanisme, prin acestor tipuri de mecanisme, prin compararea volumului de lucru al compararea volumului de lucru al acestora, acesta fiind un criteriu de acestora, acesta fiind un criteriu de bază în adoptarea tipului bază în adoptarea tipului mecanismului, am ajuns la mecanismului, am ajuns la concluzia că din punctul de vedere concluzia că din punctul de vedere al mărimii şi formei volumului de al mărimii şi formei volumului de lucru cel mai bun modelul este lucru cel mai bun modelul este 6 6 [PRSR].[PRSR].

Modelul conceptual al Modelul conceptual al robotului paralelrobotului paralel

Părţile componente principale :Părţile componente principale : Talpa de prindereTalpa de prindere – –

necesară pentru a susţine necesară pentru a susţine structurile componente ale structurile componente ale maşinii , are rol în maşinii , are rol în diminuarea vibraţiilor diminuarea vibraţiilor produse în timpul efectuării produse în timpul efectuării operaţiilor. Se propune operaţiilor. Se propune realizarea ca şi construcţie realizarea ca şi construcţie sudată.sudată.

Platforma fixaPlatforma fixa - are rol de a - are rol de a susţine modulele de susţine modulele de acţionare ale mecanismului acţionare ale mecanismului de ghidare în 6 puncte.de ghidare în 6 puncte.

Platforma mobilă - Platforma mobilă - are rolul are rolul de poziţionare în spaţiu a de poziţionare în spaţiu a dispozitivului ce i se ataşeazădispozitivului ce i se ataşează

Modulele de actionare - Modulele de actionare - au au configuraţia geometrică de configuraţia geometrică de tip [PRSRtip [PRSR

Lanţul cinematic al braţului Lanţul cinematic al braţului mecanismului paralelmecanismului paralel

Mecanismul, fiind un 6[PRSR] Mecanismul, fiind un 6[PRSR] varianta I, este format din varianta I, este format din şase lanţuri cinematice închise şase lanţuri cinematice închise identice ,ce leagă platforma identice ,ce leagă platforma mobila mobila PmPm de platforma fixă de platforma fixă PfPf prin intermediul cuplelor de prin intermediul cuplelor de rotaţie rotaţie CR1CR1 şi şi CR2CR2, respectiv , respectiv a cuplei sferice a cuplei sferice CSCS..

Constructiv, lanţul cinematic Constructiv, lanţul cinematic al unui braţ este format din al unui braţ este format din servomotor servomotor MM, o transmisie , o transmisie prin curea şi mecanismul de prin curea şi mecanismul de transformare transformare MtMt a mişcării a mişcării constituit dintr-un mecanism constituit dintr-un mecanism şurub – piuliţă (cupla de şurub – piuliţă (cupla de translaţie) cu bile.translaţie) cu bile.

Aplicaţii şi realizări practice în Aplicaţii şi realizări practice în domeniudomeniu

Mecanism de orientare “ROTOBOT”

Micromanipulator “SAMM”

Mecanism de orientare “IKERLAN”

Manipulator “ParaDex”

Robot DeltaRobot Delta ABB FlexPicker care ABB FlexPicker care

este un robot paralel este un robot paralel Delta cu 3 grade de Delta cu 3 grade de libertate reprezentat în libertate reprezentat în fig. 2.9. Acesta este cel fig. 2.9. Acesta este cel mai utilizat robot Delta mai utilizat robot Delta industrial din anul 2010 industrial din anul 2010 si are 3 brate.si are 3 brate.

El poate fi folosit in El poate fi folosit in zona productiei zona productiei industriale de catre industriale de catre firmele ce folosesc linii firmele ce folosesc linii tehnologice de inalta tehnologice de inalta performanta.performanta.

Structura robotului DeltaStructura robotului Delta Principalele elemente componente Principalele elemente componente

ale acestui robot sunt :ale acestui robot sunt :

Structura robotului DeltaStructura robotului DeltaIn structura acestui robot In structura acestui robot

motoarele de curent motoarele de curent continuu pot fi inlocuite cu continuu pot fi inlocuite cu servomecanisme. servomecanisme.

Un servomecanism este Un servomecanism este compus dintr-un motor de compus dintr-un motor de curent continuu care prin curent continuu care prin intermediul unui angrenaj de intermediul unui angrenaj de roţi dinţate antrenează un ax roţi dinţate antrenează un ax de ieşire. Pe axul de ieşire de ieşire. Pe axul de ieşire este montat un este montat un potenţiometru cu rol de potenţiometru cu rol de senzor de poziţie. senzor de poziţie.

Arborele de ieşire al Arborele de ieşire al servomotoarelor nu face servomotoarelor nu face

o rotaţie completă, ci doaro rotaţie completă, ci doar 180 de grade180 de grade

Unitatea de controlUnitatea de control pentru pentru robotul DELTArobotul DELTA

Tipuri de placi de baza pentru Tipuri de placi de baza pentru robotul DELTArobotul DELTA

1 – Microcontroler 1 – Microcontroler ATMega16ATMega16

2 – Conector USB pt 2 – Conector USB pt comunicaţie şi/sau comunicaţie şi/sau programareprogramare

3 – Conector servomotoare3 – Conector servomotoare4 – Mufă alimentare4 – Mufă alimentare5 – Circuit integrat L2935 – Circuit integrat L2936 – Conector motoare6 – Conector motoare7 – Afişaj 7 segmente7 – Afişaj 7 segmente8 – LED-uri8 – LED-uri9 – Jumper activare afişaj 7 9 – Jumper activare afişaj 7

segmentesegmente10 – Conectori module de 10 – Conectori module de

expansiuneexpansiune11 – Potenţiometru 11 – Potenţiometru

semireglabilsemireglabil12 – Encoder 13 – Push 12 – Encoder 13 – Push

button button

MMicrocontrolericrocontrolerulul Pentru robotul Delta se va folosi placa de Pentru robotul Delta se va folosi placa de

dezvoltare cu microcontroler care va dezvoltare cu microcontroler care va actiona servomecanismele.actiona servomecanismele.

Microcontrolerul are integrat pe acelaşi Microcontrolerul are integrat pe acelaşi chipchip:: oscilatorul, memoria (RAM, ROM, oscilatorul, memoria (RAM, ROM, EEPROM), numărătoare, blocuri analogice, EEPROM), numărătoare, blocuri analogice, interfeţe de comunicaţie şi porturi de interfeţe de comunicaţie şi porturi de intrare-ieşire.intrare-ieşire.

Programarea Programarea microcontroleruluimicrocontrolerului

Scopul programului este de a controla poziţia a trei servomecanisme cu ajutorul a trei potenţiometre. Poziţia fiecărui servomecanism este controlată cu ajutorul a câte unui potenţiometru.

ConcluziiConcluzii

Utilizarea plăcilor de dezvoltare cu Utilizarea plăcilor de dezvoltare cu microcontroler pentru acţionarea microcontroler pentru acţionarea servomecanismelor din structura roboţilor servomecanismelor din structura roboţilor paraleli constituie o soluţie prin care se paraleli constituie o soluţie prin care se poate reduce foarte mult numărul poate reduce foarte mult numărul componentelor electronice precum şi costul componentelor electronice precum şi costul proiectării şi al dezvoltării unui produs. proiectării şi al dezvoltării unui produs.

Un robot paralel poate asigura Un robot paralel poate asigura productivităţi cât mai ridicate, o precizie de productivităţi cât mai ridicate, o precizie de prelucrare adecvată şi o posibilitate de prelucrare adecvată şi o posibilitate de integrare intr-un sistem flexibil de fabricaţie.integrare intr-un sistem flexibil de fabricaţie.