Roboty Przemysłowe
KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie
1
Katedra Robotyki i Mechatroniki
Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Wojciech Lisowski
11
Struktury kiści manipulatorów
Roboty przemysłowe
Roboty Przemysłowe
KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie
2
Problemy:
klasyfikacja kiści manipulatorów
struktura i własności kiści Eulera
struktura i własności kiści RPY
struktura i własności kiści ukośnej RRR
wymagania konstrukcyjne dla mechanizmu kiści
Roboty Przemysłowe
KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie
3
Mechanizm kiści nadaje orientację efektorowi robota
Współrzędne orientacji:
- skręt (zboczenie) YAW
- pochylenie (PITCH)
- obrót (ROLL)
Roboty Przemysłowe
KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie
4
Kiści robotów przemysłowych (manipulacyjnych)
Kiści podstawowe
Kiści złożone
Kiści prostokątne
Kiści ukośne
Klasyfikacja ki
Klasyfikacja ki
ś
ś
ci:
ci:
Rodzaje przegubów (złącz) w kiści
R (podłużne)
B (poprzeczne)
Przegub R zapewnia większy zakres ruchu
Roboty Przemysłowe
KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie
5
Wzorzec kiści – przegub kulisty
Zalety:
Prostota rozwiązania
Małe rozmiary
Brak sprzężeń
kinematycznych i
dynamicznych między
ruchami
Brak osobliwości orientacji
(utrata ruchliwości
mechanizmu)
Problemy:
Skomplikowana konstrukcja
Odsprzęganie napędów
Precyzja orientowania (luz, podatność)
Nośność i trwałość
Koszty i trudności wykonania
Ograniczenie zakresu ruchów
Roboty Przemysłowe
KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie
6
Struktury kiści podstawowych
Roboty Przemysłowe
KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie
7
Kiści podstawowe BBR (RPY) i RBR (Eulera)
Struktura RBB łatwiejsza do wykonania, gorsza w zastosowaniu
Roboty Przemysłowe
KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie
8
Utrata ruchliwości mechanizmu kiści – osobliwość orientacji
Kiść podstawowa (łańcuch kinematyczny otwarty) jest w pozycji
osobliwej gdy osie ruchów są równoległe do jednej płaszczyzny
x
4
y
4
z
4
x
4
y
4
z
4
Kiść Eulera
Kiść RPY
W otoczeniu pozycji osobliwej sterowanie prędkością nie jest możliwe
Zaleca się omijanie pozycji osobliwych w przypadku śledzenia toru
ruchu (
±10°) dla uniknięcia powstawania błędów śledzenia.
( )
5
6
sin
1
θ
ω
θ
≈
&
Roboty Przemysłowe
KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie
9
Konstrukcja kiści Eulera
Ruchy BR sprzężone
Ruchy BR rozprzężone
Konstrukcja złożona
Jest stosowana najczęściej ze względu na łatwą konstrukcję
Puma 560
Roboty Przemysłowe
KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie
10
Kiść Eulera – przykład zastosowania
Mechanizm kiści - napęd z przekładnią
- napęd bezpośredni
Roboty Przemysłowe
KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie
11
Kiść RPY – przykład zastosowania
Cincinati Milacron T3
Moog Inc.
Osie ruchów kiści się nie przecinają.
Zastosowanie napędów hydraulicznych (bezpośrednich)
Roboty Przemysłowe
KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie
12
Kiść podstawowa ukośna RRR z przemieszczeniem osi
Duży zakres ruchu (nieograniczony obrót)
Łatwe stosowanie napędów bezpośrednich)
Zastosowanie w robotach malujących (nakładanie powłok)
Roboty Przemysłowe
KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie
13
Kiść podstawowa ukośna RRR bez przemieszczenia osi
Cincinnati Milacron 3 Roll
Problemy techniczne:
smarowanie kół przekładni
stożkowych
wydrążenie do prowadzenia
przewodów
kołnierz kiści blisko punktu
przecięcia osi ruchów
Roboty Przemysłowe
KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie
14
Konstrukcja kiści podstawowej ukośnej RRR
+
Większy zakres orientowania
+ Większe wydrążenie
+ Mniejsze przełożenie
w napędzie 2 ruchu
Roboty Przemysłowe
KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie
15
Kąty ukosu między osiami ruchu:
θ
12
i
θ
23
określają zakres orientowania
Roboty Przemysłowe
KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie
16
Wymagania konstrukcyjne dla mechanizmu kiści
1. Osie ruchów przecinają się w jednym punkcie
+ minimalne rozmiary
+ prosta struktura modelu geometrycznego
- trudna zabudowa napędów
2.
Minimalna zmiana położenia przy orientowaniu (ważne dla montażu)
- duża objętość mechanizmu kiści
- większe niebezpieczeństwo powstania kolizji
- utrudnione dojście do obsługiwanego urządzenia lub przedmiotu
3.
Minimalna objętość i gabaryty
4.
Prosty model kinematyczny i dynamiczny
5.
Brak osobliwości orientacji w zakresach ruchów
6.
Trwałość i wytrzymałość
Roboty Przemysłowe
KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie
17
Kiść o przecinających się osiach ruchów
Brak zmiany położenia przy zmianie orientacji
Idea rozwiązania
Zastosowanie czworoboku
przegubowego
Roboty Przemysłowe
KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie
18
Kiść o przecinających się osiach ruchów
- przykład konstrukcji z mechanizmem
7-o członowym (inwertor Peaucellier’a)
punkt Q zatacza okrąg o środku
w O
q
napęd: para silników DCPM
z przekładniami falowymi
(kompensacja luzów)
(Guinot, Bidaud)
Roboty Przemysłowe
KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie
19
Kiści złożone (niedegenerujące się, nieosobliwe)
Budowane w celu usunięcia pozycji osobliwych poza przestrzeń roboczą
Dodane przeguby i człony.
Łańcuch kinematyczny zamknięty
Napęd dźwigniami (popychaczami)
(M.E. Rosheim
V. Milenkovic)
- Podwójny przegub Cardana (BB)
- Człony połączone segmentami zębatymi
- Napęd dźwigniami (popychaczami)
- Pierścień ślizgowy umożliwia obrót R
- Zakres ruchów B < ±100°
- pozycja osobliwa ±180° poza zakresem
ruchu
Roboty Przemysłowe
KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie
20
Kiści złożone - przykłady
(O. Molaug)
- 4 złącza B
- max. obrót 11°+34°+34°+34°
- duża podatność
(K.J. Susnjara)
- napęd hydrauliczny 2 popychaczy
- napięcie wstępne – pneumatyczna
‘sprężyna’
- zakres ruchu pochylania < ±90°
- obrót – silnik hydrauliczny
Roboty Przemysłowe
KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie
21
Przegub kulisty z napędem hydraulicznym
(M.E. Rosheim)
Zakres ruchów B ±75°
Roboty Przemysłowe
KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie
22
- Zakres ruchu B < ±95°
OMNI WRIST III (Ross-Heim Designs Inc.)
Napięcie wstępne przegubów eliminuje lus