Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

1

Katedra Robotyki i Mechatroniki

Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

Wojciech Lisowski

9

Struktury manipulatora

o otwartym łańcuchu kinematycznym ramienia

Roboty przemysłowe

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

2

Problemy:

klasyfikacja podstawowych struktur ramienia

manipulatorów

manipulatory redundantne
własności ramienia manipulatora o strukturze:

antropomorficznej, kartezjańskiej i SCARA

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

3

Manipulator robota przemysłowego

(robot manipulacyjny)

Ramię

Kiść

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

4

Struktury podstawowe
Przedstawiają wyidealizowaną
przestrzeń roboczą (PR).

Rzeczywista PR jest ograniczona
przez:

-

ograniczone zakresy ruchów

- możliwe kolizje członów
- celowo usunięte z PR pozycje

osobliwe

Struktury pochodne powstają przez:

-

zmianę proporcji długości członów

- przesunięcia wzajemne osi ruchu

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

5

MANIPULATORY NADMIAROWE

MANIPULATORY NADMIAROWE

-

-

REDUNDANTNE

REDUNDANTNE:

DOM>DOF=6 dla manipulatorów przestrzennych

Charakterystyka:

+

zwiększenie uniwersalności manipulatora (DOM)

+

ułatwienie omijania przeszkód

-

występują

niejednoznaczno

niejednoznaczno

ś

ś

ci geometryczne

ci geometryczne utrudniające

programowanie pracy i sterowanie ruchem manipulatora

-

duża liczba złączy obniża sztywność manipulatora, wprowadza luzy

pogarszaj

pogarszaj

ą

ą

c charakterystyki dok

c charakterystyki dok

ł

ł

adno

adno

ś

ś

ciowe

ciowe

Stosowane ze

skoordynowanymi nap

skoordynowanymi nap

ę

ę

dami

dami, zwiększenie liczby

członów pozwala zwiększyć zakresy ruchów efektora i omijać
przeszkody lub pracować w przestrzeniach ograniczonych: za
przegrodą, w przewodach (

manipulatory elastyczne

manipulatory elastyczne)

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

6

STRATEGIA ruchu

Do zmiany pozycji efektora należy wykorzystywać ruchy najbliższych
mu członów. Mają one zwykle ograniczone zakresy ruchów).

Ruch POSTĘPOWY

m

1

m

2

l

1

l

2

v

a

B

(

)

(

)

a

m

m

B

v

m

m

E

k

2

1

2

2

1

2

1

+

=

+

=

m

1

m

2

l

1

l

2

v

a

B

Ruch OBROTOWY

2

2

1

2

2

2

1

2

2

2

2

2

2

2

2

1

1

2

2

1

12

12

2

1

2

1

12

1

2

1

v

m

m

l

l

l

v

m

l

v

l

m

l

m

E

k















+

+

=

+













+

=

a

m

m

l

l

l

a

m

l

a

l

m

l

m

l

l

M

B

B















+

+

=

+













+

=

=

2

1

2

2

2

1

2

2

2

2

2

1

1

2

2

1

2

2

12

12

12

1

1

Ruch obrotowy

Ruch obrotowy:

-

z jednakowym przyspieszeniem i prędkością wymaga nadania

mniejszej energii kinetycznej

-

człon stawia mniejszy opór bezwładny w czasie przyspieszania

i hamowania

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

7

ANTROPOMORFICZNE RAMIĘ MANIPULATORA RRR

Struktura najczęściej stosowana

Napędy: elektryczne

Zastosowanie: uniwersalne

2005 wg IFR 30% instalacji

Reis RV

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

8

Puma 560

Charakterystyka:

+ duża przestrzeń robocza
+ łatwe nadawanie orientacji
+ duża niezawodność
+ łatwa konserwacja

- mała sztywność
- zła powtarzalność pozycjonowania
- złożony model kinematyczny

i dynamiczny

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

9

Reis RV

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

10

Nachi SG 160

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

11

Kuka KR

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

12

Nachi PW20

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

13

DLR Light Weight Robot

(DLR, Niemcy)

Struktura 7 R
Na przemian złącza typu R i typu B

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

14

Motoman

IA20 7 DOM

DA20 2 × 6 DOM

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

15

KARTEZJAŃSKIE RAMIĘ MANIPULATORA PPP

Napędy:
- pneumatyczne
- hydrauliczne
- elektryczne

Materiały:
- stal
- stopy aluminium
- tworzywa sztuczne

Zastosowanie:
- manipulacja
- montaż

2005 wg IFR 20% instalacji

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

16

Charakterystyka:

+ prosta konstrukcja (napędy pneumatyczne)
+ łatwa modularyzacja
+ łatwa integracja z istniejącym stanowiskiem wytwórczym
+ duże zasięgi ruchów i udźwigi
+ duża sztywność ramienia
+ duża powtarzalność pozycjonowania
+ prosty model kinematyczny i dynamiczny
+ brak zmiany orientacji przy nadawaniu położenia
+ łatwość uzyskiwania ruchów prostoliniowych

- duży ciężar ramienia
- kosztowna konserwacja
- ograniczenie dostępu do przestrzeni roboczej
- zabezpieczenie prowadnic (zanieczyszczenia)
- odkształcenia ograniczają pewność ruchową prowadnic
- duże opory ruchu

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

17

Odmiana struktury PPP

Reis RL

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

18

MANIPULATOR PORTALOWY PPP

Zakresy ruchów:

X

×Y 100 ×40 m, Z 5 m

Prędkości ruchów:

5 m/s

Przyspieszenia: 30

m/s

2

Udźwig:

2000 N

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

19

Charakterystyka:

+ duży udźwig nominalny
+ duża przestrzeń robocza
+ manipulator nie zajmuje podstawy przestrzeni roboczej

- portal utrudnia dostęp do przestrzeni roboczej

Zastosowania:

- obsługa obrabiarek CNC
- manipulacja ciężkimi elementami
- montaż ciężkich elementów

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

20

CYLINDRYCZNE RAMIĘ MANIPULATORA PRP

Najczęściej stosowane w manipulatorach
o 4-5 DOM
Zakres obrotu kolumny 270º - 360º
Napęd płynowy lub elektryczny

Zastosowanie:
manipulacja (paletyzacja, załadunek i rozładunek maszyn)

2005 wg IFR 12% instalacji

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

21

Charakterystyka:

+ większa przestrzeń robocza niż PPP
+ zmiana orientacji ułatwia dostęp manipulatora do maszyn
+ prosty model kinematyczny i dynamiczny

- tył robota może wejść do PR
- problemy techniczne zastosowania prowadnic ruchów postępowych
- duże obciążenie wysokiej kolumny ramienia

1960, Versatran Robot (H. Johnson, V. Milenkovic)

AMF Corporation
Pierwszy robot cylindryczny

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

22

Teleskopowe prowadnice ruchów postępowych

+ mała objętość
+ duża sztywność
+ mniejsze obciążenia

(obrót kolumny z
wsuniętym członem nr 3)

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

23

Selective Compliance Assembly Robot Arm – SCARA RRPR
Selectively Compliant Articulated Robot Arm

Ramię RRP lub PRR

Napęd: elektryczny

Zastosowanie:

manipulacja,
montaż

Zastosowanie przekładni
cięgnowych pozwala: albo
utrzymać stałą orientację efektora,
albo programowo ją zmieniać w
czasie ruchu ramienia.

2005 wg IFR około 8% instalacji

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

24

Adept One

Samsung
FARA PL2

PRRR

RRPR

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

25

KRiM WIMIR AGH
Tomasz Bojko

Roboty SCARA (4 DOM) stosuje się z urządzeniami orientującymi
(2-3 DOM). Tworzą one strukturę zespołową.

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

26

SFERYCZNE RAMIĘ MANIPULATORA RRP

2

β≤60º

Napędy hydrauliczne:

duże obciążenia
utrzymanie pozycji przy dużym

obciążeniu statycznym

Zastosowanie:

Przenoszenie ciężkich przedmiotów

Obecnie nie produkowane

Charakterystyka:

+ łatwe nadawanie orientacji
+ ostatni ruch nie zmienia orientacji
+ korzystny sposób obciążenia konstrukcji
+ duża przestrzeń robocza

- podatność konstrukcji ramienia
- złożony model kinematyczny

i dynamiczny

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

27

Unimate 2000

Unimate - Pierwszy robot przemysłowy:
Zaprojektowany 1956 G Devol, J. Engelberger
Zastosowany 1961 General Motors

Roboty Przemysłowe

KRIM, AGH w Krakowie

28

Odmiana struktury PRR

Reis RH (PRR RRR)