Zapis i Podstawy Konstrukcji Mechanicznych. Chwytaki manipulatorów i robotów

Opracował: J. Felis str. 1

Temat: CHWYTAKI MANIPULATORÓW I ROBOTÓW

Wprowadzenie

Chwytak jest zabudowany na końcu łańcucha kinematycznego manipulatora
zwykle na tzw. „kiści”. Jeżeli kiść nie występuje chwytak mocowany jest do
ramienia manipulatora. W niektórych przypadkach zamiast chwytaka
mocowane jest narzędzie robocze lub człon roboczy.

Miejsce zabudowy chwytaka

Kiść robota

Rys. 1. Miejsce zabudowy chwytaka w robocie IRb-6.

Zadania urządzenia chwytającego:

•

pobranie (uchwycenie) obiektu manipulacji w położeniu początkowym,

•

trzymanie obiektu w trakcie trwania czynności manipulacyjnych,

•

uwolnienie obiektu manipulacji w miejscu docelowym.

Unieruchomienie obiektu w chwytaku może być realizowane dwoma
sposobami:

•

poprzez wytworzenie układu sił działających na obiekt manipulacji

•

poprzez odjęcie obiektowi manipulacji wszystkich sześciu stopni

swobody odpowiednio ukształtowanymi końcówkami chwytaka.

Zapis i Podstawy Konstrukcji Mechanicznych. Chwytaki manipulatorów i robotów

Opracował: J. Felis str. 2

Według kryterium sposobu uchwycenia obiektu manipulacji chwytaki można
podzielić na:
a) siłowe: naprężeniowe , adhezyjne,
b) kształtowe,
c) siłowo – kształtowe.

Chwytaki siłowe naprężeniowe wykorzystują wytworzoną za pośrednictwem
szczęk siłę tarcia, siłowe adhezyjne wykorzystują podciśnienie lub pole
elektromagnetyczne,
Chwytaki kształtowe obejmują przedmiot szczękami odpowiednio dobranym
kształcie nie powodując nacisku ,
Chwytaki siłowo – kształtowe wykorzystują zarówno siłę tarcia wywołaną
naciskiem szczęk jak i odpowiednie dopasowanie kształtu szczęk.






Szczęka

Przedmiot

Rys. 2. Zasada działania chwytaka siłowego naprężeniowego

Elastyczna przyssawka o powierzchni przylegania S

p

a

- ciśnienie atmosferyczne, p

p

-

podciśnienie, k

p

=0,85 -

współczynnik

uwzględniający nierównomierność przylegania i zmiany ciśnienia

Rys. 3. Zasada działania chwytaka siłowego podciśnieniowego

)

p

p

(

S

k

F

p

a

p

ch

−

⋅

=

Zapis i Podstawy Konstrukcji Mechanicznych. Chwytaki manipulatorów i robotów

Opracował: J. Felis str. 3

Szczęka kształtowa

Przedmiot


Rys. 4. Zasada działania chwytaka kształtowego













Rys. 5. Zasada działania chwytaka siłowo-kształtowego

W zależności od przyjętej zasady działania, łańcuchy kinematyczne

chwytaków będą się różnić . Można jednak przedstawić strukturę chwytaka w
postaci ogólnego schematu blokowego.

Ogólna struktura mechaniczna chwytaka

Typowe układy napędowe są to zwykle siłowniki pneumatyczne rzadziej
hydrauliczne lub silniki elektryczne.

Układ napędowy

Układ przeniesienia

napędu

Układ

wykonawczy

Zapis i Podstawy Konstrukcji Mechanicznych. Chwytaki manipulatorów i robotów

Opracował: J. Felis str. 4

Układy przeniesienia napędu od źródła do końcówek chwytnych stanowią
mechanizmy: dźwigniowe, kołowe, cięgnowe oraz ich różnorodne
połączenie co pozwala na tworzenie wielkiej liczby rozwiązań chwytaków
występujących w praktyce.
Układ wykonawczy stanowią końcówki chwytne, które mogą być sztywne
lub podatne. Zwykle występują dwie końcówki chwytne. Czasem stosuje się
chwytak z trzema lub większą liczbą końcówek chwytnych. Najrzadziej
występują chwytaki z jedną ruchomą końcówką chwytną (druga końcówka
jest nieruchoma).
Standardowe wyposażenie robotów obejmuje zwykle sam chwytak

z niekompletnymi końcówkami chwytnymi. W zależności od potrzeb
użytkownik sam dobiera odpowiednie nasadki uwzględniając różne cechy
manipulowanego przedmiotu: rozmiary, kształt, i inne.

TYPOWE UKŁADY PRZENIESIENIA NAPĘDÓW CHWYTAKÓW
SCHEMATY KINEMATYCZNE CHWYTAKÓW

Układ przeniesienia napędu jest łańcuchem kinematycznym, który

można klasyfikować wg różnych kryteriów. Jeżeli np. jako kryterium
klasyfikacji przyjmiemy rodzaj mechanizmu występującego w łańcuchu
kinematycznym, to mamy mechanizmy: klinowe, dźwigniowe, krzywkowe,
zębate, cięgnowe itp.
Ważnym kryterium klasyfikacji może być rodzaj par kinematycznych
występujących w łańcuchu kinematycznym chwytaka.
W chwytakach posiadających strukturę mechanizmów płaskich mogą
mianowicie występować tylko pary kinematyczne klasy 5, klasy 4 oraz tzw.
pary śrubowe. (Wykład pt. Struktura mechanizmów).
Najczęściej stosowane są chwytaki w których występują wyłącznie pary
klasy 5. Pary te występują w dwóch postaciach jako : pary obrotowe
i pary postępowe.
Jeżeli w łańcuchu kinematycznym chwytaka występuje para kinematyczna
klasy 4 to realizuje funkcje dwóch par klasy 5, obrotowej i postępowej.

W celu symbolicznego zapisu struktury mechanizmów chwytaków
zastosowano następujące oznaczenia, (rys. 6):
N - człon napędzający,
O - para kinematyczna obrotowa,
P - para kinematyczna postępowa,
Os - para kinematyczna utworzona przez podstawę i obracający się suwak
Op - para kinematyczna utworzona przez podstawę i obracającą się
prowadnicę.

Zapis i Podstawy Konstrukcji Mechanicznych. Chwytaki manipulatorów i robotów

Opracował: J. Felis str. 5

P-(O-O-O)

P-(O-O-P)

P-(P-O-O)

P-(O-P-P)

P-(O-O-P)

P-(O-P-Op)

Rys. 6. Wybrane warianty strukturalne chwytaka

KONSTRUOWANIE CHWYTAKA NA PODSTAWIE ZADANEGO
SCHEMATU KINEMATYCZNEGO

Konstruowanie chwytaka rozpoczynamy od ustalenia początkowego

i końcowego (maksymalnego) położenia szczęk chwytaka. Jeżeli schemat
kinematyczny narysujemy w podziałce to wówczas możemy rozpocząć
kształtowanie postaci konstrukcyjnej chwytaka, nakładając na jego
schemat kinematyczny rzuty płaskie elementów konstrukcyjnych. Następnie
rysując rzuty boczne dochodzimy do postaci trójwymiarowej.

Zapis i Podstawy Konstrukcji Mechanicznych. Chwytaki manipulatorów i robotów

Opracował: J. Felis str. 6

Chwytak typu P-(O-P-Op)























Rys. 7. Konstruowanie chwytaka na podstawie schematu kinematycznego

Zapis i Podstawy Konstrukcji Mechanicznych. Chwytaki manipulatorów i robotów

Opracował: J. Felis str. 7

Para
kinematyczna
kl. 4

Para
kinematyczna
kl. 5

Siłownik
pneumatyczny

Element
mocujący

Uwaga: W rozwiązaniu konstrukcyjnym
chwytaka zastosowano w miejsce dwóch
par kinematycznych kl. 5 jedną parę
kinematyczną kl. 4.

Rys. 8. Rysunek aksonometryczny chwytaka

typu N-(O-P-Op) z siłownikiem pneumatycznym

i elementem mocującym