kompendium wiedzy


Łańcuch kinematyczny

Łańcuch kinematyczny robota przemysłowego składa się z sztywnych ogniw, które połączone są ze sobą za pomocą złączy. Najczęściej są to złącza obrotowe lub linowe. Łańcuch kinematyczny może być prosty otwarty, prosty zamknięty, lub złożony.

Łańcuch kinematyczny prosty otwarty to taki którym można zamodelować rękę człowieka. Każde jego złącze jest połączone z dokładnie dwoma ogniwami, zaś na jego końcu znajduje się chwytak (podobnie jak dłoń na końcu ręki człowieka). Manipulatory o tego typu łańcuchach kinematycznych są obecnie najczęściej stosowane do celów przemysłowych.

Złącza łańcucha kinematycznego prostego zamkniętego również są połączone z dokładnie dwoma ogniwami z tą jednak różnicą że na jego końcu nie znajduje się chwytak. Ten typ łańcucha razem z podłożem tworzy figurę geometryczną która jest zamkniętym wielokątem.

Natomiast łańcuch kinematyczny złożony posiada złącza które są połączone z dwoma lub więcej ogniwami. łańcuch ten jest nazywany złożonym gdyż jego struktura wygląda jak kilka połączonych ze sobą łańcuchów kinematycznych prostych (typu otwartego lub zamkniętego).

Każde dwa ogniwa połączone za pomocą złącza tworzą parę kinematyczną. Pary kinematyczne w zależności od rodzaju złącza mogą być różne. W robotyce właściwie prawie wszystkie złącza są złączami obrotowymi lub liniowymi. Posiadają one dokładnie jeden stopień swobody, zaś wzajemne położenie ogniw może być określone przez dokładnie jeden parametr (skalar). W przypadku złącza obrotowego jest to kąt obrotu, zaś w przypadku złącza liniowego jest to wartość przesunięcia. Złącza te są złączami aktywnymi - to znaczy że są napędzane w celu uzyskania odpowiedniego położenia i orientacji narzędzia.

Istnieją także złącza o wielu stopniach swobody. Takim złączem jest złącze teleskopowe które zapewnia ruch liniowy i obrotowy lub złącze kulowe które posiada aż trzy stopnie swobody - zapewnia dwa ruchy obrotowe wokół osi wzajemnie prostopadłych i jeszcze jeden ruch obrotowy wokół osi jednego z ogniw. Złącza które posiadają więcej niż jeden stopień swobody są złączami pasywnymi. Znaczy to że nie można ich napędzać a konkretniej ich napędzanie jest bardzo trudne do zrealizowania.

tagi: para kinematyczna, złącza, złącze, napisany w: kompendium wiedzy, data: 21-02-2010

Zadania realizowane przez roboty przemysłowe

Potrzeby produkcji mogą być zaspokajane częściowo przez pracę ludzką, a częściowo przez pracę robotów przemysłowych. Relacja między tymi obszarami kompetencji przedstawia podlega dynamicznym zmianom spowodowanym gwałtownym rozwojem konstrukcji robotów przemysłowych, które są w stanie wykonywać coraz więcej funkcji wypełnianych uprzednio tylko przez człowieka.
Roboty przemysłowe angażowane są do realizacji zadań transportowych i technologicznych.

Zadania transportowe związane są z obsługą maszyn technologicznych i polegają na podawaniu lub zdejmowaniu z maszyny obrabianych elementów. Elementy te dostarczane są do przestrzeni roboczej robota przy pomocy ciągów transportowych lub gromadzone w magazynach. Robot musi być wyposażony w chwytak, aby mógł uchwycić transportowany przedmiot, przenieść go bezpiecznie i przekazać z zachowaniem odpowiedniej orientacji przestrzennej. Zróżnicowanie cech transportowanych elementów, takich jak masa, wielkość, kształt, rodzaj materiału itp., wymusza różnorodność konstrukcji produkowanych robotów, a zwłaszcza chwytaków.
Zadania technologiczne polegają na bezpośrednim udziale robota w realizacji operacji technologicznych. Robot może operować trzymając określone narzędzie lub obrabiany przedmiot. Roboty przemysłowe znalazły zastosowanie w takich operacjach technologicznych, jak:
- zgrzewanie punktowe,
- spawanie,
- czyszczenie odlewów,
- mechaniczna obróbka wykańczająca,
- nakładanie powłok ochronnych,
- kontrola wymiarowo kształtowa.

W stosunku do zadań transportowych wzrastają tu wymagania co do możliwości kinematycznych i jakości sterowania robotem. Nie wystarcza już zapewnienie właściwej orientacji przestrzennej elementu tylko w początkowym i końcowym punkcie toru. Istotna jest dokładna realizacja całej, często skomplikowanej, trajektorii ruchu i zachowanie wymaganej prędkości. Wszystko to odbywa się w warunkach oddziaływania sił związanych z ciężarem przedmiotu lub narzędzia, sił bezwładności i sił towarzyszących wykonywanej operacji technologicznej.

Zgrzewanie punktów jest sposobem łączenia blach lub drutów polegającym na lokalnym (punktowym) silnym nagrzaniu ściśniętych z sobą metali, powodującym ich uplastycznienie. Sposobem tym łączone są np.blachy karoserii samochodów osobowych. Zgrzewane blachy ściśnięte są punktowo dwoma miedzianymi elektrodami między, którymi przepuszczamy prąd elektryczny o dużym natężeniu (1500A). Źródłem takich dużych prądów przy niskim napięciu jest spawarka transformatorowa. Przepływ dużych prądów przez uzwojenia spawarki i przewody doprowadzające powoduje ich silne nagrzewanie oraz duże straty energii. Z tego powodu spawarka powinna być chłodzona, a przewody łączące ją z elektrodami, którymi operuje robot, krótkie.

Spawanie łukowe jest najczęściej automatyzowaną odmianą tej operacji. Elementy metalowe łączone są stopionym przez łuk elektryczny materiałem elektrody. Łuk powstaje między elektrodą a elementem spawanym. W spawarkach automatycznych elektroda ma postać drutu odwijanego z bębna stanowiącego jego magazyn. Spawanie prowadzone jest w atmosferze ochronnej gazu obojętnego (hel, argon lub CO2),zapobiegającego utlenianiu się spawanych metali. Dla zapewnienia właściwych parametrów procesu automatycznie utrzymuje się odpowiednią odległość między elektrodą a spawanym elementem. Przepływający w luku prąd o natężeniu rzędu 100-200A przy napięciu 10-30V powoduje wytworzenie temperatury rzędu kilku tysięcy °C. Robot operuje głowicą roboczą,do której doprowadzony jest drut elektrody,gaz ochronny, woda chłodnąca głowicę oraz sprężone powietrze służące do usuwania odprysków topionego metalu. Prócz tego powinno istnieć odprowadzanie gazów spawalniczych. Spawarka umieszczana bywa w pobliżu pola operacyjnego.
Spawanie gazowe, przy którym wysoką temperaturę uzyskujemy w efekcie spalania acetylenu i tlenu, bywa stosowane do cięcia metali, oraz miejscowego podgrzewania elementów w procesach utwardzania powierzchniowego itp. Robot operuje palnikiem, do którego doprowadzone są elastycznymi przewodami acetylen i tlen.

Szlifowanie stosowane do oczyszczania odlewów polega na operowaniu przez robota wirującą tarczą szlifierską. Ze względu na konieczność ograniczenia masy głowicy roboczej tarcze szlifierskie napędzane są silnikami pneumatycznymi lub hydraulicznymi (o mocy kilkuset kW), a nie elektrycznymi. Tarcza powinna być dociskana do obrabianej powierzchni stałą siłą. Zapewnia się to przez odpowiednią konstrukcję głowicy lub przez dobór właściwego sterowania robotem.

Gratowanie (usuwanie pozostałości, po poprzednich operacjach) i tępienie krawędzi prowadzi się przy pomocy frezów napędzanych najczęściej silnikami elektrycznymi. Robot operuje głowicą wyposażoną w taki frez.

Polerowanie i szlifowanie wygładzające. Robot operując tarczami szlifierskimi o wysokich prędkościach obrotowych rzędu kilku tysięcy obr/min z elastycznym dociskiem, poleruje i wygładza obrabiane powierzchnie. Stosowany jest napęd elektryczny, pneumatyczny lub
hydrauliczny.

Nakładanie powłok ochronnych. Robot operuje pistoletem natryskowym, do którego elastycznymi przewodami doprowadzone są sprężone powietrze i Ciecz natryskowa.

Kontrola wymiarów. Robot prowadzi ją przy pomocy czujników i przetworników pomiarowych przekazując wyniki, w formie sygnałów elektrycznych, do układów sterowania.

Operacje Montażowe, takie jak nitowanie i przykręcanie śrub, wymagają u Instalowania na ramieniu robota odpowiednich głowic, zapewniających podanie elementu i zagniecenie nita lub przykręcenie śruby. Stosowane są śrubokręty lub klucze z napędem i sprzęgłem dynamometrycznym. Czynności montażowe bardziej złożone, takie jak montaż zespołów wieloczęściowych, wymagają zastosowania robotów II generacji uzbrojonych w sensory dotyku lub wzroku.

tagi: , napisany w: kompendium wiedzy, data: 18-02-2010

Sztuczne mięśnie

Mięśnie Mc'Kibbena nazywane też sztucznymi mięśniami o dziwo zostały wynalezione nie przez inżyniera lecz przez lekarza. Pierwotnie miały one zastępować mięśnie ludzkie i właśnie w tym celu je wynaleziono. Jednakże szybko zauważono że ten rodzaj napędu pneumatycznego (sztuczne mięśnie są zaliczane do napędów pneumatycznych) posiada bardzo dużo zalet. Ze stosunkowo małej masy napędu można uzyskiwać dość duże moce. Stosunek mocy do wagi jest większy niż 1kW/kg, zaś siła generowana z przekroju poprzecznego dochodzi do 300 N/cm^2. Dla porównania mięśnie przeciętnego człowieka generują 20-30 N/cm^2.

Mięsień Mc'Kibbena w najogólniejszym przypadku zbudowany jest z kawałka gumy, a właściwie gumowego węża, który to z jednej strony posiada zawór przez który wpompowywane jest powietrze zaś z drugiej strony jest po prostu zamknięty (może być tam taki sam zawór jak z drugiej strony z tym że zamknięty). Dodatkowo cały wąż jest opleciony specjalnym oplotem który nie pozwala na zbytni rozkurcz poprzeczny węża.

Przykładowy sztuczny mięsień o długości 290mm wygląda mniej więcej tak:

Jak to wszystko działa? Otóż gdy do środka wpompowywane jest pod ciśnieniem powietrze, gumowy wąż zgodnie z prawami fizyki próbuje przyjąć kształt kuli jednak jest to niemożliwe gdyż nie pozwala na to ów wspomniany oplot. W skutek czego część gumowa zmienia swoją długość - staje się krótsza o kilkadziesiąt %. W ten sposób generowana jest siła. Trzeba też nadmienić że sztuczne mięśnie podobnie jak mięśnie człowieka potrafią się kurczyć tylko w jedną stronę. Dlatego aby zrealizować ruch w dwie strony należy użyć pary dwóch przeciw-osobnie działających sztucznych mięśni.

Mimo że sztuczne mięśnie wynaleziono dawno temu to dopiero teraz stają się naprawdę popularne i są coraz częściej stosowane w robotyce. Stało się tak ponieważ stosunkowo niedawno wyeliminowano ich główną wadę jaką była ich krótka żywotność, a w szczególności żywotność gumy. Ponadto ten rodzaj napędu jest dość elastyczny, co pozwala na wierniejsze naśladowanie człowieka.

tagi: mięśnie Mc'Kibbena, sztuczne mięśnie, napisany w: , kompendium wiedzy, data: 09-02-2010

Podstawowe elementy robota przemysłowego

Robot przemysłowy składa się najczęściej z 4 podstawowych elementów:

1.Układ zasilania - ma on za zadania konwertować energię pierwotną na energię odpowiednią dla danego układu napędowego. Jeżeli poszczególne złącza manipulatora są napędzane za pomocą silników elektrycznych to układem zasilania będzie mógł być na przykład wzmacniacz mocy. Dla napędu pneumatycznego może to być np. zewnętrzny kompresor.

2.Manipulator - podstawowa i najważniejsza część robota realizująca określone zadania w przestrzeni. Przez wielu manipulator nazywany jest po prostu robotem. Składa się on z łańcucha kinematycznego na którego końcu znajduje się efektor przystosowany do wykonywania określonych prac.

3.System sensoryczny - jego zadaniem jest dostarczanie sterownikowi informacji na temat stanu manipulatora (położenie efektora, prędkość złączy, siła itd.). Pomiary realizowane są za pomocą rozmaitych czujników w sposób ciągły lub dyskretny. Do takich czujników należą między innymi czujniki optoelektroniczne, czujniki stykowe, kamery wizyjne.

4.Sterownik - Odpowiada z koordynowanie i wykonywanie ruchów przez manipulator. Zbiera także dane z czujników sensorycznych i komunikuje się z innymi urządzeniami zrobotyzowanego stanowiska.

tagi: robot przemysłowy, napisany w: , kompendium wiedzy, data: 04-02-2010