Akademia Górniczo-Hutnicza

im. Stanisława Staszica w Krakowie

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki

Elementy wykonawcze robotów

Projekt Chwytaka

Temat 20

Bartłomiej Furmański

rok III gr. 23

Mechatronika

1. Założenia projektu

Projektowany chwytak ma przenosić walce wykonane z Aluminium. Średnica walca może wahać się
od 80 do 120 mm o wysokości maksymalnej 100 mm. Chwytak ma być napędzany siłownikiem
pneumatycznym dwustronnego działania o jednym tłoczysku. W zależności od zapotrzebowania na
siłę ciśnienie robocze ma mieścić się między 5 do 10 bar.

2. Zadany schemat (temat)

3. Schemat kinematyczny oraz obliczenie ruchliwości

Schemat kinematyczny

w= 5*n-2*kl.5 – kl.4
n=5
kl. 5=7
w=3*5-2*7=1

4. Obliczenia maksymalnej masy obiektu oraz wyznaczenie siły uchwytu szczęk i ich
minimalnego wymiaru

dmax=12cm

lmax =10cm
g= 2,7 g/cm

3

(γ- we wzorze na siłę max)

γ=60°
n=2

μ=0,5

Qmax=3,14*360*2,7/1000=30,52N
Qmax=31N

Fchmax≥306*2*sin(60°)=26.85N
Fchmax=27N

emin=120 / 2*tg(60°)=34,64mm
emin=35mm

Przyjęty wymiar szczęki chwytaka e=40 mm

5. Analiza geometryczna mechanizmu

5.1 Skrajne położenia chwytaka oraz wstępne założenie skoku siłownika

Chwytak maksymalnie rozwarty

Położenie maksymalne zamknięte

Za pomocą powyższych rysunków oraz programu AutoCad wstępny skok siłownika został ustalony na
40 mm.

5.2 Model wykonany w programie SAM

Schemat w programie SAM

6. Analiza przesunięciowa oraz prędkościowa

Prędkość dla której zostały wykonane obliczenia oraz symulacja wynosi 10mm/s

6.1 Analiza z wykorzystaniem programu SAM

Wykres przemieszczeń

Wykres prędkości

Obydwa przedstawione wykresy zostały wykonane dla obu szczęk chwytaka. Oś y jest szukaną
wartością, natomiast oś x przedstawia przemieszczenie tłoczyska

6.2 Metoda analityczna

Schemat wykorzystany do obliczeń

Kolejny schemat wykorzystany do obliczeń

6.2.1 Obliczenia przemieszczenia

Po przekształceniach

Po przekształceniach

Po przekształceniach

Wykres otrzymany dla powyższych wyników w programie MS Excel

6.2.2 Obliczenia prędkości

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Wykres otrzymany dla powyższych wyników w programie MS Excel

Wykresy wykonane za pomocą programu SAM oraz obliczonych metodą analityczną pokrywają się.
Wszystkie błędy i różnice mogą być spowodowane błędami zaokrągleń.

7. Analiza siłowa

Siła która została wykorzystana do obliczeń jest równa Fchmax = 27N

7.1 Analiza z wykorzystaniem programu SAM

Wykres otrzymany w programie SAM

7.2 Obliczenia z wykorzystaniem metody grafoanalitycznej

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

0

10

20

30

40

50

Do rozwiązania tego zagadnienia została wykorzystana metoda wspólnego środka sił oraz zasady
trójkąta sił.

Obliczenie siły maksymalnej

Wyznaczenie środka sił

Otrzymany trójkąt sił

Za pomocą programu AutoCad została odczytana siła R

21

która w tym wypadku wynosi 33,16 N

Siłę potrzebną na siłowniku można obliczyć korzystając z zależności:

F

wym

= 2*R

21

*cos(40 )

F

wym

= 50,80 N

Obliczenie siły minimalnej

Wyznaczenie środka sił

Otrzymany trójkąt sił

Za pomocą programu AutoCad została odczytana siła R

21

która w tym wypadku wynosi 26,35 N

Siłę potrzebną na siłowniku można obliczyć korzystając z zależności:

F

wym

= 2*R

21

*cos(40 )

F

wym

= 40,37 N

7.3 Porównanie wyników otrzymanych dwiema metodami

max

min

SAM

53,42

43,03

metoda grafoanalityczna

50,80

40,37

Jak możemy zauważyć metoda grafoanalityczna daje wyniki o około 3 N mniejsze niż te uzyskane w
programie SAM. Powodem tego mogą być błędy popełnione w trakcie wykonywania rysunków w
programie AutoCad. Błędy te mogły pojawić się z powodu braku możliwości rysowania kątów o
dokładności 0,1 stopnia. Kolejnym powodem powstania błędów może być przybliżanie zakończenia
linii do innego punktu niż jest żądany.

7.4 Sprawdzenie za pomocą metody mocy chwilowych

po przekształceniach

Po wykonaniu obliczeń dla wartości uzyskanych w programie SAM

Siła maksymalna F

wym

= 45,144 N

Siła minimalna F

wym

= 36,072 N

Jak możemy zauważyć otrzymane wyniki są diametralnie różne dla sił otrzymanych w programie
SAM i tych obliczonych metodą mocy chwilowych dla danych z tego właśnie programu. Powodem
tych różnic może być przybliżenie drogi którą pokonuje chwytak, w rzeczywistości porusza się po
łuku a został przybliżony prostą.

7.5 Dobór siłownika

Przyjmując za siłę 53,42 za największą jaką siłownik potrzebuje wytworzyć, oraz biorąc pod uwagę
postawione wcześniej wymagania odnośnie siłownika został dobrany siłownik kompaktowy firmy
Festo ADVU-12-40-A-P-A – #156592. Siłownik ten dodatkowo posiada gwint zewnętrzny na
tłoczysku oraz gwintowane wewnętrznie przyłącz pneumatyczne. Dokładna karta danych znajduje się
w załączniku 1.

8. Założenia materiałowe

Jako materiał z którego zostanie wykonany chwytak została wybrana stal S235JR. Jest popularną i
łatwo dostępną stalą którą można spawać w razie jakichkolwiek uszkodzeń, jest też przystosowana do
prac udarowych.

Współczynniki wytrzymałościowe stali S235JR
Kr= 0,48*Re = 112,8 MPa
Kg= 0,53*Re = 124,55 MPa
Kt= 0,27*Re = 63,45 MPa

9. Obliczenia wytrzymałościowe

9.1 Obliczenia dla ramienia

Model belki charakteryzującej ramie

Siły działające na ramie:
F = 27 N
Ra = 22,89 N
Rb = 50,43 N

Wykres momentów

Po przekształceniach

Wynik obliczeń a = 3,81 mm
Zakładane a = 8 mm

9.2 Obliczenia dla sworzni

Po przekształceniach

Wyniki dla sworznia w punkcie A :
D = 0,68 mm
Przyjęte D= 4 mm

Wyniki dla sworznia w punkcie B:
D = 1,01 mm
Przyjęte D= 4 mm

10. Dobrane elementy

Znormalizowane:



4 sworznie bez łba D = 4 mm wg ISO 15552



16 podkładek do sworzni wg PDIN 988



16 zawleczek wg PN-76/M-82001



4 śruby M5x12 wg DIN 7969

Nie znormalizowane:



2 łapy chwytaka



element napędowy (suwnica)



obudowa



klapa

11. Podsumowanie

W projekcie tym przedstawiono kolejne etapy tworzenia chwytaka. Dzięki niemu można było nauczyć
się zasad projektowania chwytaków robotów oraz poszerzyć swoją wiedzę z zakresu stosowania
programów komputerowych do wykonywania obliczeń jak i tworzenia geometrii oraz rysunków
wykonawczych urządzenia.

12. Załączniki

Załącznik 1 – Karta danych siłownika
Załącznik 2 – Rysunek złożeniowy chwytaka
Załącznik 3 – Tabliczka z częściami wykorzystanymi do złożenia
Załącznik 4 – Rysunek wykonawczy Suwaka
Załącznik 5 – Rysunek wykonawczy Łapu
Załącznik 6 – Wizualizacja chwytaka (tylko w wersji elektronicznej)




Praca jest własnością autora projektu, nie wyrażam zgody na jej rozpowszechnianie bez zgody
autora. Praca może być wykorzystana jedynie jako pomoc naukowa.