Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

1

Katedra Robotyki i Mechatroniki

Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

Wojciech Lisowski

10

Struktury manipulatora

o zamkniętym łańcuchu kinematycznym ramienia

Roboty przemysłowe

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

2

Problemy:

porównanie własności otwartego i zamkniętego

łańcucha kinematycznego manipulatora

manipulatory pantografowe - budowa, przykłady

struktur, własności

manipulatory platformowe – budowa, przykłady

struktur, własności

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

3

Struktura ramienia manipulatora jest określona przez:

-

rodzaj łańcucha kinematycznego

-

rodzaj napędu

Struktura RR
Ł.K. Otwarty lub zamknięty

Napęd liniowy lub obrotowy

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

4

CECHA

Ł. K. OTWARTE

Ł. K. ZAMKNIÊTE

wielkość przestrzeni roboczej

+

objętość ramienia

+

stopień złożoności konstrukcji- koszt

+

uniwersalność zastosowania

+

sztywność ł.k. napędów

+

ciężar ramienia

+ VPR=const

+ UN=const

sztywność ramienia

+

łatwość rozprzęgania ruchów

+

wyrównoważenie statyczne - obciążanie silników

momentem statycznym

+

różnorodność napędów

+

udźwig nominalny

+

łatwość zabudowania napędów

w podstawie

+

Porównanie otwartego i zamkniętego ł. k. ramienia manipulatora

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

5

Przykłady kształtów przekrojów przestrzeni roboczej manipulatorów
robotów z otwartym i zamkniętym łańcuchem kinematycznym
ramienia

Motoman (Yasakawa)

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

6

Charakterystyka obciążenia otwartego i zamkniętego łańcucha
kinematycznego ramienia manipulatora

Struktura szeregowa cechuje się
niekorzystnym stosunkiem masy
udźwigu nominalnego do masy
manipulatora na skutek efektu
‘piramidy obciążeń’ – człon
porusza wszystkie człony
następne.

Efektowi piramidy obciążeń
towarzyszy kumulacja błędów
pozycjonowania wszystkich
członów w efektorze.

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

7

Złącze zamknięte
przez liniowy element
wykonawczy napędu

,

co powoduje
ograniczenie ruchu w
płaskim złączu.

Łańcuchy kinematyczne zamknięte zawierają człony czynne i bierne

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

8

Manipulatory o zamkniętym łańcuchu

kinematycznym ramienia

Ramię pantografowe

Ramię platformowe
(roboty równoległe)

Heksapod
Tripod (równoległobokowy)

Tricept

Struktury mieszane

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

9

R

R

ami

ami

ę

ę

pantografowe

pantografowe - czworobok przegubowy

+

obciążenie głównie ściskanie/rozciąganie zapewniające większą

sztywność członów niż w otwartym łańcuchu kinematycznym

+

utrzymanie stałej orientacji przeciwległych członów na skutek

zastosowania czworoboku przegubowego

-

ograniczenie zasięgu ruchu

Zastosowanie:

obsługa obrabiarek
spawanie/zgrzewanie
obróbka wykańczająca

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

10

ASEA/ABB IRb-6

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

11

Nachi-Robot SC

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

12

Przykładowe warianty struktury pantografowej:

Warianty odpowiednie do zastosowania
przy dużym zakresie ruchów i
obciążeniu.

Napędy hydrauliczne (o małym skoku
tłoka) zabudowane w podstawie.

Łatwość uzyskiwania ruchu
prostoliniowego końca
ramienia bez składania
ruchów

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

13

Przykład kształtowania przekroju przestrzeni roboczej przez
odpowiednią syntezę łańcucha kinematycznego ramienia

Kuka

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

14

Przykład kształtowania przekroju przestrzeni roboczej przez
odpowiednią syntezę łańcucha kinematycznego ramienia

Fanuc M410

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

15

Kuka KR 180

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

16

SCARA

Puma 2

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

17

Przegub kulisty nie posiada sprzężeń między 3 ruchami obrotowymi
orientującymi, nie ma też pozycji osobliwych.

Manipulatory platformowe (równoległe) w zakresie orientowania
zastępują przegub kulisty:
+ duże udźwigi i siły oddziaływania efektora
+ duże prędkości i przyspieszenia ruchu
- małe zakresy ruchów
- trudne sterowanie ruchem

Manipulatory

Manipulatory

platformowe

platformowe

(r

(r

ó

ó

wnoleg

wnoleg

ł

ł

e

e

)

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

18

Platforma Stewarta

Eric Gough 1954
Dunlop

D. Stewart 1965

Klaus Cappel 1964
Franklin Institute

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

19

Roboty platformowe – równoległe (hexapod)

Struktury te są używane jako moduły orientujące w strukturach
zespołowych np. do współpracy z manipulatorem SCARA

platforma

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

20

Seryjnie wytwarzany manipulator Fanuc

Udźwig nominalny: 1000 N
Ciężar manipulatora: 1900 N
Pochylanie:

±10°

Obrót:

±20°

Przemieszczenie pionowe: 0.5 m
Maks. prędkość pionowa: 0.3 m/s
Max. prędkość pozioma: 1.5 m/s
Powtarzalność pozycjonowania: 0.1 mm

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

21

Hexapod Feliks (Niemcy)
Technische Universitaet Dresden

Pochylanie:

± 50°

Obrót:

± 60°

Maks. Prędkość: 0.83 m/s

Powierzchnia platformy
znacznie mniejsza od
powierzchni podstawy

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

22

Hexapod robot, IFW (Universitaet Hannover)

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

23

Politechnika Warszawska, MEL

Robot trójsiłownikowy

- duża sztywność
- powtarzalność pozycjonowania

±0.05 mm

1,2,3 – ramię RRR (struktura przenosi momenty obciążenia)

a,b,c – siłowniki elektromechaniczne (napęd posuwów)

IRb 940

Udźwig nominalny: 360 kg (poziomo)

1300 kg (pionowo)

Masa:

580 kg

Powtarzalność pozycjonowania

±0.02 mm

Struktura

Struktura

tricept

tricept

:

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

24

Politechnika Wrocławska

Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

25

Manipulator pneumatyczny, Festo

Roboty równoległobokowe

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

26

Katedra Robotyki i Dynamiki Maszyn, AGH

Roboty równoległobokowe

Robot KRiM

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

27

(2) Widełki kątowe

(5) Pierścień osadczy wew.

(4) Łożysko

(6) Sworzeń

(1) Głowica - zespół

(3) Tulejka dystansowa

(4) Łożysko

(5) Pierścień osadczy wew.

Wieszak (4.1)

Nakrętka (5)

Śruba (7.13)

Podkładka (4)

Widełki (4.2)

Napęd (1)

Płyta nośna (2)

(4) Tulejka dystansowa

(5) Nakrętki mocujące

(3) Łożysko stożkowe górne

(1) Płyta nośna

(2) Wieszak z zamocowanymi
widełkami

(3) Łożysko stożkowe dolne

(1) Głowica - uchwyt główny

(2) Głowica - uchwyty wewnętrzne

(3) Tulejka dystansowa wewnętrzna

(4) Tulejka dystansowa zewnętrzna

(4) Tulejka dystansowa zewnętrzna

przegub

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

28

robot w wersji frezującej

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

29

Struktura tripod (równoległobokowa)

platforma stale pozioma

Zastosowanie: manipulacja, montaż

Robot Delta (L. Clavell 1991)

W. Pollard 1934

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

30

- powt. pozycjonowania: 0.01 mm
- szybkość: 2-3 operacje w

1 sekundzie na drodze 0.2-0.4 m

- udźwig: 0.02 kg

Obrót chwytaka –
teleskopowy wał

Delta

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

31

Własności robotów równoległobokowych:
+ mała bezwładność (małe zużycie energii)
+ duże prędkości i przyspieszenia ruchu
+ niski koszt wykonania (jednakowe elementy o łatwej konstrukcji

i prostej technologii wykonania)

+ duża sztywność
+ duża przestrzeń robocza
- trudność sterowania ruchem efektora

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

32

Adept Quatro

Obrót efektora wokół osi pionowej z wykorzystaniem przekładni zębatej
Wymiana efektora z całą płytką obrotu
Przestrzeń robocza d=1.3 m, h=0.25 m
Obciążenie nominalne 2 kg
Powtarzalność pozycjonowania 0.1 mm, 0.4°
Szybkość pracy 3÷4 cykle na sekundę

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

33

Robot platformowy Hexa:

Max. Prędkość: 6 m/s
Max. Przyspieszenie efektora: 200 m/s

2

Udźwig nominalny: 100 N
Szybkość pracy: 6 operacji w 1 s

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

34

Roboty równoległobokowe

Roboty Przemysłowe

KRiM, WIMIR, AGH w Krakowie

35

Robot platformowy Nabla6