spis treści:

1. Założenia projektowo-konstrukcyjne…………………………………3

- dane sytuacyjne

- dane ilościowe

- kryteria wyboru

- Zadania do wykonania

2. Wstęp……………………………………………………..………….......5

- analiza literaturowa

- Podział chwytaków

3. Rozwiązania konstrukcyjne……………………………………………9

- Uogólnione schematy kinematyczne

- Uszczegółowienie rozwiązań konstrukcyjnych

4. Kryterialny wybór rozwiązania konstrukcyjnego metodą optymalizacji

Punktowej………………………………………………………………………..….14

- Uszczegółowienie rozwiązania konstrukcyjnego

- Zunifikowanie rozwiązania konstrukcyjnego

5. Obliczenia……………………………………………………………..29

- Objętość i masa obiektu manipulowanego

- Siła uchwytu w ruchu pionowym i obrotowym

6. Dobór siłownika……………………………………………………….33

7. Obliczenia wytrzymałościowe……………………………………..….35

- Przekrój ramienia pierwszego

- Przekrój drugiego ramienia

8. Dobór wymiarów sworznia…………………………………………. 38

9. Typoszereg………………………………….…………………………39

10. Wnioski…………………………………………………………….....39

- Literatura

- Załączniki

Objętośc obiektu

Masa obiektu manipulowanego

Siła ciężkości

Sila bezwładności

Siła uchwytu w ruchu pionowym

1. Założenia projektowo - konstrukcyjne

opracować uporządkowaną rodzinę konstrukcji w postaci typoszeregu chwytaków. Podstawowe relacje realizowane przez chwytak to: uchwycenie, trzymanie i uwolnienie, przemieszczenie obiektu. Sposób unieruchomienia obiektu: siłowo-kształtowy, za pomocą końcówek chwytnych.

● Dane sytuacyjne

Połączenie chwytaka ze współdziałającą kiścią robota realizowane jest kołnierzowo z kołkiem centralnym.

● Dane ilościowe

1. Dane charakterystyczne

D=4,2-5,2 [mm]

h=6,8-8,6 [mm]

2. Promień manipulatora R=230 [mm]

3. Prędkość kątowa ramienia ω=5 [m/s]

4. Tworzywo: PCV

kRYTERIA WYBORU NAJLEPSZEJ KONSTRUKCJI:

K1 - maksymalna zwartość konstrukcji chwytaka
K2 - minimalna masa
K3 - minimalna liczba elementów
K4 - maksymalna liczba elementów dobieranych
K5 - prostota montażu
K6 - prostota montażu kiści robota
K7 - zapewnienie prostoliniowości ruchu końcówek chwytaka
K8 - stabilna charakterystyka statyczna, przemieszczeniowa i siłowa
K9 - stabilność lub wzrost siły przy wzroście średnicy przemieszczenia obiektu
K10 - koszt

zadania do wykonania:

1. Przeprowadzić analizę literaturową oraz internetową

http://www.gemotec.com/

http://www.gimatic.com/

http://www.norgren.com/

http://www.schunk.com/home.html

2. Opracować pole możliwych rozwiązań chwytaków o ruchu kleszczowym oraz imadłowym.

3. Przeprowadzić optymalizację metodą punktową w zakresie:

• układu napędowego

• układu przemieszczenia

• układu przemieszczenia końcówek chwytnych

Uszczegółowić wybrane rozwiązanie konstrukcyjne.

Zunifikować cechy charakterystyczne chwytaka.

Opracować wzorcową konstrukcje chwytaka z wyszczególnieniem typowych postaci konstrukcyjnych elementów oraz układów wymiarów.

Opracować graf relacji sprzężeń chwytaka.

Przedstawić charakterystykę siłową i przemieszczeniową wzorcowej konstrukcji chwytaka.

Opracować algorytm a następnie program doboru ilościowych cech konstrukcyjnych dla typowej postaci konstrukcyjnej, z zastosowaniem operatorów:

● geometrycznych

● wytrzymałościowych

● elementów dobieranych

● procesu wytwórczego

● podobieństwa konstrukcyjnego

● wymiarów sprzężonych

10. Wyszczególnić konstrukcje elementów i utworzyć ich rysunki katalogowe.

11. Utworzyc założenia wybranego chwytaka.

12. Przeprowadzic symulacje działania chwytaka.

WSTĘP

Analiza literaturowa:

Chwytak to w robotyce oprzyrządowanie manipulatorów, robotów, dające możliwość chwycenia i transportu przedmiotów w zautomatyzowanych czynnościach precyzyjnych. Chwytak może być wyposażony w narzędzie (np. lutownica, spawarka), umożliwiające realizację określonych czynności.

Chwytaki w procesie manipulacji realizują trzy podstawowe zadania:

• Pobranie obiektu z położenia początkowego

• Trzymanie obiektu w czasie trwania jego przemieszczania

• Uwolnienie obiektu w miejscu docelowym

Podział chwytaków:

● Ze względu na liczbę szczęk:

- dwu szczękowe

- trójszczękowe

- inne

● Ze względu na rodzaj napędu:

- mechaniczny

- hydrauliczny

- pneumatyczny

- elektromagnetyczny

- adhezyjny

● Ze względu na sposób mocowania chwytaka:

- ręczny

- automatyczny (z adapterem)

● Ze względu na układ przeniesienia napędu:

Nożycowy

Szczypcowy

Imadłowy

Opasujący

Dźwigniowy

Jarzmowy

Klinowy

Zębaty

● Ze względu na sposób trzymania obiektu:

• Siłowe

• Kształtowe

• Siłowo -kształtowe

Z analizy kryterialnej wynika, że najlepszym rozwiązaniem dla naszych kryteriów jest koncepcja nr 5.Koncepcja ta uzyskała 72% koncepcji idealnej

Rys. Schemat kinematyczny wybranego chwytaka

Uszczegółowienie rozwiązania konstrukcyjnego

Rys 4. Położenie początkowe chwytaka wraz z wymiarami

Rys 5. Położenie chwytaka w uchwyceniu

Obliczam skok siłownika na podstawie rys. 4 i 5:

Rys 6. Skrajne położenia chwytaka

Zunifikowanie rozwiązania konstrukcyjnego

Unifikacja.

Unifikacja to ograniczenie i porządkowanie wartości cech charakterystycznych.

Jej wynikiem są zunifikowane wartości cech charakterystycznych.

Cechy charakterystyczne chwytaka to:

• sposób zamocowania: przyjmuję, że chwytak będzie zamocowany do ramienia robota poprzez kołnierz i śruby.

• sposób zasilania: przyjmuję, że chwytak będzie napędzany przez siłownik pneumatyczny dwustronnego działania.

• sposób realizacji ruchów końcówek chwytnych: siłownik przez przeguby i sworznie przekazuje siłę do końcówek chwytnych.

• ciśnienie zasilania ( p=6 bar = 0,6 MPa)

- przyjmuje, że chwytak wykonany będzie ze stali

OBLICZENIA

1. Objętość obiektu manipulowanego (rys.):

V =

4

d_min = 4,2 [mm]

d_max = 5,2 [mm]

H_min = 6,8 [mm]

H_max = 8,6 [mm]

V_min = (3,14 * (4,2)² * 6,8) / 4 = 376,6 / 4 = 94,2 [mm³] = 0,094 [cm³]

V_max = (3,14 * (5,2)² * 8,6) / 4 = 730,19 / 4 = 182,55 [mm³] = 0,182 [cm³]

V_I = (3,14 * (4,5)^{2 *} 7) / 4 = 445,09 / 4 = 111,27 [mm³] = 0,111 [cm³]

V_II = (3,14 * (4,8)² * 7,5) / 4 = 542,59 / 4 = 135,65 [mm³] = 0,136 [cm³]

V_III = (3,14 * (5)² * 8) / 4 = 628 / 4 = 157 [mm³] = 0,157 [cm³]

2. Masa obiektu manipulowanego:

ρ = 1,4 [g/cm³] - Gęstośc dla PCV

M = ρ * V - Wzór na masę chwytanego elementu:

M_min = 1,4 * V_min = 1,4 * 0,094 = 0,132 g

M_max = 1,4 * V_max = 1,4 * 0,182 = 0,255 g

M_I = 1,4 * V_I = 1,4 * 0,111 = 0,155 g

M_II = 1,4 * V_II = 1,4 * 0,136 = 0,190 g

M_III = 1,4 * V_III 1,4 * 0,157 = 0,220 g

Zamieniam gramy na kilogramy:

M_min = 0,132 g = 0,000132 kg

M_max = 0,255 g = 0,000255 kg

M_I = 0,155 g = 0,000155 kg

M_II = 0,190 g = 0,000190 kg

M_III = 0,220 g = 0,000220 kg

Maksymalna masa obiektu wynosi: M_max = 0,000255 kg

Minimalna masa obiektu wynosi: M_min = 0,000132 kg

3. Obliczam wartość siły ciężkości:

Do obliczeń przyjmuje:

a = 2 [m/s²] - przyśpieszenie

g = 9,81 [m/s²] - grawitacja ziemska

M = M_max = 0,000255 [kg]

T- siła tarcia

G - siła ciężkości [N]

F_b- siła bezwładności [N]

μ = 0,6 - współczynnik tarcia

n = 2 - współczynnik bezpieczeństwa

F_ch - siła chwytu

G = g * M = 9.81[m/s²] *0,000255[kg] = 0,00255 [N]

Siła ciężkości wynosi: G = 0,00255 N

4. Obliczam wartość siły bezwładności:

F_b =a * M = 2[m/s²] * 0,000255[kg] = 0,00051 [N]

Siła bezwładności wynosi: F_b = 0,00051 N

5. Obliczam siłę uchwytu w ruchu pionowym:

T = μ * N

μ * N ≥ G + F_b

N ≥ ( G + F_b ) / μ = ( 0,00255 + 0,00051 ) / 0,6 = 0,0051 [N]

F_ch-pion = N * n = 0,0051 * 2 = 0,0102 [N]

Siła chwytu w ruchu pionowym wynosi F_ch-pion = 0,0102 [N]

Rys. 7 Rozkład sił w ruchu pionowym wraz z wartościami

Siła uchwytu w ruchu obrotowym

F_w - siła wypadkowa

F_od - siła odśrodkowa

F_b - siła bezwładności

G - siła ciężkości

Rys.8 Rozkład sił w ruchu obrotowym

Do obliczeń przyjmuje:

R= 230 mm = 23cm = 0,23 m - promień ramienia manipulatora

ω = 5 [rad/ s²] - prędkość kątowa

M = Max - masa chwytanego elementu

Obliczam siłę odśrodkową:

Siła odśrodkowa wynosi 0,00147[N]

Obliczam siłę bezwładności:

Siła bezwładności wynosi 0,00051 N

Obliczam siłę ciężkości:

Siła ciężkości wynosi 0,0025 N

Obliczam siłę wypadkową:

Siła wypadkowa wynosi 0,00294 N

Siła uchwytu w ruchu obrotowym wynosi 0,00982 N

Porównuję ze sobą dwie wyliczone siły uchwytu:

----------------------------------	Siła uchwytu
Ruch pionowy	0,0102 [N]
Ruch obrotowy	0,00982 N

DOBÓR SIŁOWNIKA

W celu dokładnego wyliczenia siły F_s (wymagana wartośc siły na siłowniku) wykorzystuje

rysunek nr 5. Wymiary zgodne z wcześniej przyjętymi, dodatkowo przyłożyłem dwie siły:

siłę F_ch skierowana prostopadle w dół od środka pryzmy oraz siłę F₁ skierowaną wzdłuż ramienia BD którą rozbijamy na dwie składowe rzutując na osie x i y.

Wyliczam wymaganą wartośc siły na siłowniku:

F_ch = 0,0102 N

OBLICZENIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE

Ramię 1

Ramię 2

Dobieram przekrój ramienia pierwszego:

Wyznaczenie siły R_b która spowoduje w punkcie „B” siłę F_ch na końcu palca chwytnego - punkt „C”

Rys. 8 Przekrój ramienia pierwszego

Obliczam wartości niewiadomych sił:

Równania równowagi:

• ΣF_x = 0;

R_Ax = 0

F_ch = 0,0102 [N]

• ΣM_A = 0;

R_B * c - F_ch * (b+c)= 0

R_B * 0,025 = 0,0102 * 0,04

R_B = 0,000408 / 0,025

R_B = 0,0163 N

• ΣF_y = 0;

R_Ay + R_B - F_ch=0

R_Ay = - R_B + F_ch

R_Ay = - 0,0163 N + 0,0102 N

R_Ay = - 0,0061 N

Obliczam maksymalny moment gnący M_gmax:

M_g1 = R_{Ay * x1}

dla x1 = 0

M_g1 = - 0,0061 * 0 = 0

dla x1 = c = 0,025 m

M_g1 = - 0,0061 * 0,025 = 0,000153 Nm

M_g1 = 0,000153 Nm = 0,153 Nmm

M_g2 = R_{Ay *} (c + x2) + R_B * x2

dla x2 = 0

M_g2 = R_Ay * c = - 0,0061 * 0,025 = 0,000153 Nm

dla x2 = l = 0,015 m

M_g2 = R_{Ay *} (0,025 + 0,015) + R_B * 0,015

M_g2 = - 0,0061 * 0,04 + 0,0163 * 0,015

M_g2 = - 0,000244 + 0,000244

M_g2 = 0 Nm

Maksymalny moment gnący wystąpi w punkcie B

M_gmax = 0,000153 Nm

Obliczam na podstawie M_gmax przekrój palca chwytnego z warunku wytrzymałości na zginanie:

Dobrano przekrój ramienia 1 o boku: 3[mm]

Dobieram przekrój ramienia drugiego:

d = 0,015 [m]

F =R_b /sin45°

F = R_B = 0,0163 N / 0,707

F = 0,0231 N

M_gmax = F * d

M_gmax = 0,0231 N * 0,015 m

M_gmax = 0,00035 Nm = 0,347 Nmm

Dobrano przekrój ramienia 2 o boku: 3 [mm]

DOBÓR WYMIARÓW SWORZNIA

Rys. 8 Połączenie sworzniowe

Obliczam średnice sworznia:

F / [( π * d² * 2) / 4] ≤ k_g

F = 0,0231 N

k_g = 30 MPa

d² ≥ (2 * F) / (π * k_g)

d² = (2 * 0,0231) / (3,14 * 30)

d² = 0,0462 / 94,2

d² = 0,05 mm

d = 0,3mm

W celu zwiększenia bezpieczeństwa dobieram sworzeń o średnicy większej równej d = 1 mm

TYPOSZEREG DLA WYBRANEGO ELEMENTU

Model	Długośc całkowita chwytaka [mm]	Długośc palca chwytnego [mm]	Szerokośc palca chwytnego [mm]	Dłogosc ramienia 2 [mm]
A1	35	15	2	9
A2	45	25	3	11
A3	55	35	3	13
Podstawowy	65	45	3	15
A4	75	55	3	17
A5	85	65	4	19
A6	95	75	4	21

WNIOSKI:

21

d² * Π * H

D

h

---