Zakład zautomatyzowanych systemów produkcyjnych. Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji.	Data: 25.02.2013r.	Grupa: 12M5	Ocena:
Temat: Analiza budowy, zasada działania i sterowanie manipulatora portalowego.	Wykonali: Obajtek Piotr Pelc Szczepan Unarski Piotr	Zespół: 2 Grupa: 2	Podpis:

1. Wstęp teoretyczny

Pierwsze manipulatory nie posiadały własnego układu sterowania, sterowanie odbywało się ręcznie, różne maszyny budowlane, urządzenia transportowe, np. wózki widłowe, telemanipulatory, wszystkie urządzenia które przenoszą naturalny ruch ręki człowieka na urządzenie wykonawcze, przeważnie ze zwielokrotnioną siłą nazywamy manipulatorem.

Postępujący rozwój manipulatorów umożliwił zastosowanie w nich, poprzez wbudowanie pamięci, możliwości sterowania programowego. Pozwoliło to na zastosowanie manipulatorów przy wykonywaniu powtarzalnych czynności które muszą być wykonywane z określoną dokładnością ( np. przy taśmach montażowych), jednak dopiero wprowadzenie robotów ze zmiennym programem, których sterowanie opiera się na sprzężeniu zwrotnym między rzeczywistym położenie w przestrzeni roboczej narzędzia i obrabianego detalu a programem kolejnych czynności zapisanych w pamięci manipulatory mogą wykonywać swoje zadanie z dużą szybkością i zadaną dokładnością, czego przykładem był manipulator badany na ćwiczeniu laboratoryjnym, który współpracując z obrabiarką CNC pełnił funkcję automatycznego podajnika obrabianych elementów.

Manipulator przemysłowy – urządzenie przeznaczone do wspomagania albo częściowego lub całkowitego zastępowania człowieka przy wykonywaniu czynności manipulacyjnych w przemysłowym procesie produkcyjnym, sterowane ręcznie lub automatycznie za pomocą własnego układu sterującego stało programowalnego lub zewnętrznego układu sterującego.

Robot przemysłowy – urządzenie automatyczne przeznaczone do wykonywania czynności manipulacyjnych w przemysłowym procesie produkcyjnym., mające układ ruchu składający się z co najmniej trzech zespołów ruchu i własny układ sterujący programowalny (posiadający możliwość programowanej zmiany cyklu pracy)

1. Opis manipulatora

1. Główne składowe części robota:

a) Część mechaniczna

• Podstawa – płyta lub inna konstrukcja, która stanowi pierwszy człon układu kinematycznego lub z którą jest połączony w sposób nieruchomy pierwszy człon układu kinematycznego robota ( manipulatora)

• Układ kinematyczny – układ przenoszący ruchy od zespołów napędowych do elementu roboczego będącego zbiorem członów mechanicznych połączonych ruchowo

• Układ ruchu – układ wykonujący pożądane zmiany położenia elementu roboczego składający się z układu kinematycznego oraz napędów wprawiających w ruch odpowiednie człony układu kinematycznego. W przypadku manipulatorów mobilnych mogących się przemieszczać względem otoczenia do układu ruchu zalicza się także pojazd mechaniczny

• Ramię – część układu ruchu której podstawowym zadaniem jest pozycjonowanie przyłącza

• Kiść – część układu ruchu między ramieniem a elementem roboczym której zadaniem jest orientowanie elementu roboczego lub wprowadzanie niewielkich zmian jego pozycji. Są to dodatkowe osie robota, dostępne w konfiguracji 1,2 lub 3 osie, rozszerzające możliwości ruchowe głównych osi manipulatora

• Zespół ruchu – część układu ruchu złożona z jednego napędu i członów układu kinematycznego których położenie względem siebie zmienia ten napęd

• Przyłącze manipulatora – miejsce na ostatnim członie układu kinematycznego robota (manipulatora) przemysłowego przeznaczone do mocowania elementu roboczego

• Element roboczy – efektor – urządzenie mocowane do przyłącza robota (manipulatora) przemysłowego. Istnieją dwa typy efektorów: chwytaki służące do uchwycenia obiektu manipulacji, utrzymania go podczas manipulacji i uwolnienia po jej zakończeniu oraz końcówka robocza, która wykonuje określoną pracę, np. wkrętak, pistolet malarski, palnik spawalniczy itp.

b) Część elektryczna:

• Układ sterujący – urządzenie działające automatycznie przeprogramowywane, wytwarzające sygnały sterujące napędami robota, a także urządzenie współpracujące z robotem. Praktycznie są to: komputer i układy wej/wyj, które pozwalają komunikować się z robotem lub innymi urządzeniami obecnymi w przestrzeni roboczej. Komputer posiada określony język programowania i wyspecjalizowany zbiór procedur. Układ sterowania może być wyposażony w przyciski które umożliwiają ręczne sterowanie pojedynczą osią robota

• Panel programowania – przenośna część układu sterującego robota przemysłowego za pomocą, którego może on być programowany lub sterowany ręcznie

• Serwomotor – urządzenie dostarczające energie mechaniczną, np. siłownik hydrauliczny, silnik elektryczny wraz z koderem umocowanym na wale, który podaje bieżącą pozycję wału do układu sterującego.

2. Budowa i działanie manipulatora portalowego.

Manipulator portalowy składa się z napędu liniowego oraz wysięgnikowego. Doskonale sprawdzają się w systemach o dużym skoku, często w operacjach podawania elementów o wadze do 15kg (obciążenie robocze do 25kg) oraz tam gdzie są zwiększone wymagania względem wytrzymałości na skręcenie.

Przykład zastosowania:

- Produkcja materiałów budowlanych.

- Przemieszczanie i pakowanie płytek ceramicznych.

Wymagania:

- Duża dynamika.

- Łagodne przyspieszenie i hamowanie.

- Elastyczność pozycjonowania.

Przykład manipulatora spełniającego powyższe założenia:

Manipulator portalowy z napędami DGE/DGEA z paskiem zębatym.

Rys.1 Schemat manipulatora portalowego.

1. Dokładność dosuwu

W czasie laboratorium wykonaliśmy 10 pomiarów. Pomiar bazowy wyniósł 0 µm.

Nr pomiaru	Odchyłka od pomiaru bazowego
	w µm
1	1
2	5
3	10
4	15
5	15
6	17
7	19
8	17
9	17
10	17

Tab.1 Tabela z pomiarami dokładności dosuwu.

Średnia arytmetyczna odchyłek:

$\overset{\overline{}}{x}$ = 13,3 µm = 0,0133 mm

Błąd średni kwadratowy:

${\overset{\overline{}}{S}}_{\overset{\overline{}}{x}}$ = 1,897659 µm = 0,001897659 mm

1. Schemat kinematyczny chwytaka

Rys.2. Schemat kinematyczny chwytaka.

1. Wnioski

Analiza pomiarów zawartych w Tab.1 pozwala stwierdzić, iż używany na zajęciach manipulator ma bardzo wysoką dokładność pozycjonowania chwytaka, z błędem rzędu zaledwie kilku mikrometrów (ok. 1,9 µm). Maksymalna zmierzona odchyłka wyniosła 19 [μm]. Należy jednak uwzględnić, że dokładność pozycjonowania może nie być wiarygodna, a jest to spowodowane krótkim przedziałem czasowym pracy badanego manipulatora.

Elementy manipulatora w czasie dłuższej, cyklicznej pracy mogę zacząć się przegrzewać, co z kolei spowoduje spadek precyzji pozycjonowania chwytaka i powstawanie większych odchyłek.

Manipulatory portalowe są doskonałymi narzędziami do współpracy z wieloma typami obrabiarek, ponieważ zwiększają ich wydajność poprzez właściwą obsługę (np. w tokarce transport przedmiotów obrabianych do komory obróbki). Usprawniają one procesy produkcyjne i technologiczne, efektywnie zastępując pracę nawet najlepiej wykwalifikowanego pracownika.