KOMPLET chwytak, Automatyka i Robotyka, Semestr 4, Podstawy konstrukcji maszyn, projekt chwytaka


Politechnika Śląska

Wydział: Mechaniczny Technologiczny

Kierunek: Automatyka i Robotyka

Semestr: IV

PODSTAWY KONSTRUKCJI MASZYN

Projekt typoszeregu chwytaków

Grupa 2

Paweł Sowiński

Wstęp

Podstawowymi zespołami funkcjonalnymi chwytaka są: układ napędowy, układ przeniesienia napędu i układ wykonawczy. W układzie napędowym zostaje wytworzona siła która jest przekazywana na końcówki chwytne. Układ wykonawczy może być wyposażony
w sztywne, elastyczne lub sprężyste końcówki.

Chwytaki w procesie manipulacji realizują trzy podstawowe zadania

Podział chwytaków ze względu na:

  1. sposób trzymania obiektu

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

  1. Rodzaj napędu

Najczęściej spotykane sposoby przeniesienia napędu stosowane w chwytakach to:

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Ogromna różnorodność obiektów manipulacji sprawiła, że chwytaki są obecnie najbardziej zróżnicowanym konstrukcyjnie zespołem maszyny. Na prawidłowe uchwycenie obiektu ma wpływ wiele czynników takich jak:

-masa

-położenie środka ciężkości

-moment bezwładności

-odporność na naprężenia zewnętrzne

-kształt i parametry geometryczne

Przykładowe chwytaki:

0x01 graphic
0x01 graphic
0x01 graphic

a).dwupalcowy b.przyssawkowy c.trójpalcowy

Założenia:

  1. Opis istoty działania

Opracować konstrukcję układu chwytaka realizującego 3 ruchy elementarne:

  1. Dane sytuacyjne

0x08 graphic

  1. Dane ilościowe

  1. Dane charakterystyczne

D=33-68[ mm]
h=15-40 [mm]

  1. Promień manipulatora R=1300[ mm]

  2. Prędkość kątowa ramienia ω=1[ m/s]

  3. Tworzywo: miedź

Możliwe rozwiązania konstrukcyjne i optymalizacja:

K1 - maksymalna zwartość konstrukcji chwytaka
K2 - minimalna masa
K3 - minimalna liczba elementów
K4 - maksymalna liczba elementów dobieranych
K5 - prostota montażu
K6 - prostota montażu kiści robota
K7 - zapewnienie prostoliniowości ruchu końcówek chwytaka
K8 - stabilna charakterystyka statyczna, przemieszczeniowa i siłowa
K9 - stabilność lub wzrost siły przy wzroście średnicy przemieszczenia obiektu
K10 - koszt

--

K 1

K 2

K 3

K4

K 5

K 6

K 7

K 8

K 9

K 10

ΣΚi

K 1

--

1

0.5

0.5

0.5

0.5

1

1

1

1

7

K 2

0

--

0.5

0.5

0.5

0.5

0

1

0

0

3

K 3

0.5

0.5

--

0.5

1

1

0.5

0

0.5

0

4.5

K 4

0.5

0.5

0.5

--

1

1

1

0

0.5

0.5

5.5

K 5

0.5

0.5

0

0

--

1

0.5

0.5

0.5

0.5

4

K 6

0.5

0.5

0

0

0

--

0.5

0

0

0.5

2

K 7

0

1

0.5

0

0.5

0.5

--

0

0

1

3.5

K 8

0

0

1

1

0.5

1

1

--

0.5

1

6

K 9

0

1

0.5

0.5

0.5

1

1

0.5

--

1

6

K10

0

1

1

0.5

0.5

0.5

0

0

0

--

3.5

w1

w2

w3

w4

w5

w6

w7

w8

w9

w10

w.id

K1

1

3

2

1

1

3

2

1

3

3

3

K2

2

1

1

1

2

1

1

2

2

1

3

K3

3

2

3

2

2

2

1

2

2

2

3

K4

2

1

2

2

1

2

1

2

1

2

3

K5

2

3

3

2

1

1

1

3

1

1

3

K6

1

3

3

1

2

2

2

2

2

2

3

K7

2

2

3

3

2

2

2

1

2

1

3

K8

1

3

1

1

2

1

2

2

2

2

3

K9

2

2

3

3

2

1

2

1

1

3

3

K10

1

2

1

1

3

2

2

2

3

1

3

z

76

100.5

97,5

78

77

78

73

77.5

85

89

135

d

56%

74%

72%

58%

57%

58%

54%

57%

63%

66%

100%

Obliczenia:

Skład chemiczny i gęstość specjalnych stopów miedzi do przeróbki plastycznej (wg PN-92/H-87060)

H[mm]

D[mm]

R[mm]

w[rad/s]

Tworzywo

Objętość[cm^3]

Masa [g]

gęstość = 8,3 [g/cm^3]

15

33

1300

1

BB2

12,83

106,48

22

41

1300

1

BB2

29,05

241,08

29

50

1300

1

BB2

56,94

472,61

35

59

1300

1

BB2

95,69

794,22

40

68

1300

1

BB2

145,27

1205,72

Mmax = 1205,72 [g] = 1,20572[kg]

Mmin = 106,48 [g] = 0,10648 [kg]

  1. Siła uchwytu w ruchu pionowym

Przyjmuje współczynnik tarcia 0x01 graphic
oraz przyspieszenie ap = 1[m/s2]

0x08 graphic
0x01 graphic
0x08 graphic

Rys.1 Rozkład sił

T- siła tarcia

G - siła ciężkości

Fb- siła bezwładności

Do obliczeń przyjmuje Mmax

G=g *M = 9.81[m/s2] *1.20572[kg] = 11.83 [N]

Fb=a*M = 1[m/s2] *1.20572[kg] = 1.21 [N]

0x01 graphic

Zakładając współczynnik bezpieczeństwa n=2

Fch10x01 graphic
N=18.63*2 = 37.26[N]

  1. Siła uchwytu w ruchu obrotowym

0x08 graphic

Siła odśrodkowa

0x01 graphic

Siła bezwładności (przyjmuje przyspieszenie ao= 1 [m/s2]

0x01 graphic

Siła ciężkości

0x01 graphic

Siła wypadkowa

0x01 graphic

Współczynnik bezpieczeństwa n=2

0x01 graphic
*N=Fw

0x01 graphic

----------------------------------

Siła uchwytu

Ruch pionowy

37.26[N]

Ruch obrotowy

34.26[N]

0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic

a=0.040[m]

b=0.030[m]

c=0.040[m]

d=0.020[m]

0x08 graphic
0x08 graphic
l=0.120 [m]

y=0.074 [m]

0x08 graphic

Dobrano siłownik pneumatyczny producenta FESTO model: ADVU-25-25-P-A
- Tłok ∅: 25[mm]
- Skok: 25 [mm]

- Zakończenie tłoczyska: M10

- Siła dla ciśnienia 6bar przy wysuwaniu/ cofaniu: 295/245 [N]

Dobór przekroju ramion:

Wyznaczenie siły Rb która spowoduje w punkcie „B” siłę Fch na końcu palca chwytnego - punkt „A”

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
D

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
B

0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

Mg

Fch=0,5*37.26 [N] l=0.12 [m] c=0.04 [m]

ΣMD = -Rb·c+Fch·(l-c)=0 ⇒ Rb= 37.26 [N]

Maksymalny moment gnący wystąpi w punkcie D


Mgmax = 37.26[N]*0.04[m] = 1.4904 [Nm]

Obliczanie na podstawie Mgmax przekroju palca chwytnego w warunku wytrzymałości na zginanie.

0x08 graphic

Wyznaczanie przekroju palca nr. 2

0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
C 0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
α

0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
Mg

B

a=0.04[m]

Fb =Rb/sinα ⇒ Fb = 52.23 [N]

Mgmax = 52.23[N]*0.04[m] = 2.0895 [Nm]

0x08 graphic

F Rf

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
b

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
Fs E

0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
C RC

b=0.030[m]

Rf =Rc =1/2Fs

Maksymalny moment gnący wystąpi w punkcie E, wyniesie on ¼*Fs*b ⇒

⇒ Mgmax = ¼*149.1[N]*0.030[m] = 1.118 [Nm]

0x08 graphic

Dobieram dla każdego ramienia przekrój 5x5 [mm]

0x08 graphic
Obliczanie wymiarów sworznia:

0x08 graphic

W celu zwiększenia bezpieczeństwa z normy dobieram sworzeń o średnicy większej, równej 3[mm]

Typoszereg dla pokrywy

Model

Szerokość A

Szerokość B

Rozstaw Śrub

Rozstaw śrub od krawędzi

a

b

c

A0

25

64

57

9

3

7

17

A1

33

72

63

16

6

13

28

A2

40

80

74

23

8

18

39

Podstawowy

55

95

84

34

12

25

47

A3

64

105

93

40

15

31

56

A4

76

117

105

46

18

39

70

Wnioski:

Rozwiązanie zadania - zaprojektowania chwytaka mogącego przenosić obiekty o zróżnicowanej masie i wymiarach, najłatwiej było rozwiązać dzięki poznanemu na wykładzie PKM procesu projektowo-konstrukcyjnego. Zaczynając od formalizacji potrzeby, poprzez koncypowanie i utworzenie pola możliwych rozwiązań uzyskaliśmy 10 możliwych konstrukcji chwytaka, kolejny przeprowadzany etap procesu projektowo-konstrukcyjnego mianowicie optymalizacja wyłonił najlepszą ze względu na dobrane kryteria postać konstrukcyjną.

Następny krok procesu czyli konstruowanie okazał się najbardziej złożony, należało wykazać się wiedzą z wytrzymałości materiałów w celu zapewnienia odpowiedniej wytrzymałości na zginanie oraz ścinanie projektowanych elementów, wiedza z podstaw mechaniki pomogła przy wyznaczeniu siły potrzebnej do uchwycenia obiektu (uwzględniając różne czynniki zewnętrzne: siłę tarcia, bezwładności i odśrodkową) wymaganą siłę siłownika oraz jego skok wyznaczono z zależności trygonometrycznych

Ostatni krok czyli zapis konstrukcji okazał się najbardziej czasochłonny oraz interesujący, dzięki rysunkowi złożeniowemu który jest bardzo czytelną formą przedstawienia konstrukcji osoba która nie brała udziału w konstruowaniu w łatwy sposób może zrozumieć istotę działania, a rysunki wykonawcze pozwalają na odczyt wymiarów poszczególnych elementów oraz ich wytworzenie.

Rozwiązania konstrukcyjne powierzonego zadnia mogły być różnorakie, zależne zarówno od warunków w jakich ma pracować chwytak, dostępnych materiałów i środków a przede wszystkim od inwencji twórczej projektanta. Podczas projektowania zrozumiałem jak ważne jest minimalizacja masy elementów - powoduje to zmniejszenie potrzebnej energii a co za tym idzie zmniejszenie kosztów zarówno produkcji jak i użytkowania. Zrozumiałem również że, tworzenie typoszeregu środka technicznego jest bardzo istotne poprzez zmiany geometryczne oraz ewentualne drobne zmiany konstrukcyjne możemy w prosty sposób wykorzystując tą samą postać konstrukcyjną zapewnić (na przykładzie chwytaka) manipulacje obiektów niewielkich po bardzo duże o znaczącej masie przez co stajemy się bardziej konkurencyjni na rynku.

Dzięki poznaniu podstaw projektowania, uważam że projektowanie ze wspomaganiu komputerowym stanie się teraz dla mnie bardziej zrozumiałe a co za tym idzie - łatwiejsze.

Literatura:

G.Kost „Podstawy robotyki i budowy robotów”

R.Zdanowicz „Robotyzacja procesów wytwarzania”

Dobrzański Tadeusz „Rysunek techniczny maszynowy”

A.Rutkowski „Części maszyn”

Normy: M-83001, M-82001, M-82302,M-82153

www.robotyka.com

www.geomatic.com.pl

www.festo.com

www.gimatic.com

h

D

ap

G

Fods

Fb

Fw

α

b

y

a

l

c

d

F

Fsy

Fsx

Fs

F

Fch

Fch

0x01 graphic

Fch

A

Rb

l-c

c

0x01 graphic

a

Fb

Rb

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic



Wyszukiwarka