Ipari robotok. szerkezeti egységei

Átírás

1 ROBOTTECHNIKA Ipari robotok osztályoz lyozása, szerkezeti egységei gei 3. előad adás Dr. Pintér r JózsefJ

2 A robotok osztályozhatók: Mozgásuk Munkaterület letük Felépítésük Vezérl rlésük Feladatuk Energiaforrásuk Méretük stb. szerint 2

3 Robotok osztályozása mozgásuk szerint: Csak a célpont c programozható (pont-szakasz vezérl rlés) PTP (point( to point,, pontról l pontra) A pálya p paraméterei is programozhatók (pályavez lyavezérlés) CP (continuous( path, folymatos pálya) Munkaterületük szerint: Deréksz kszögű,, koordinátás s (hasáb b munkaterület letű) Hengerkoordinátás s robot Gömb koordinátás s robot SCARA típust pusú robot 3

4 Vezérlésük szerint: Alacsony költsk ltségű (PLC jellegű) ) vezérl rlés Nagy tudású (CNC jellegű) ) vezérl rlés Intelligens (mesterséges intelligencia funkciókat kat alkalmazó) ) vezérl rlés Feladatuk szerint: Anyagkezelő robot (Industrial( Handling) Technológiai művelet m végzv gző robot Szerelő robot 4

5 Energia forrás szerint: Villamos hajtású robot Hidraulikus robot Pneumatikus robot 5

6 Elvi felépítésük: ÚTMÉRŐ RENDSZER IRÁNYÍTÁS HAJTÁSOK KAR - RENDSZER MEGFOGÓ SZERKEZET TÁRGYI KÖRNYEZE T FELISMERŐ RENDSZER 6

7 Robotok elvi felépítése Robot elvi felépítése

8 Ipari robotok osztályozása Részegységek: Kinematika Az effektor és s a tárgy t térbeli t hozzárendel rendelése Az effektor mozgása és s a mozgástengelyek időbeli hozzárendel rendelése Effektor A A tárgyak t megfogása, megmunkálása A A tárgyak t közötti k kapcsolat létrehozása 8

9 Ipari robotok osztályozása Hajtás A A mozgástengelyek és s az effektorok energiaigény nyének nek biztosítása sa Irányításs A A mozgatási szekvenciák vezérl rlése és s felügyelete 9

10 Ipari robotok osztályozása Szenzorok A A robot, manipulátor belső állapotának érzékelése (helyzet, sebesség, szöghelyzet, erők, nyomatékok) A A tárgy t és s a környezete k állapotának érzékelése Fizikai mennyiségek mérésem A A tárgyak t felismerése se és s helyzet meghatároz rozása Környezetanalíziszis 10

11 Ipari robotok osztályozása Programrendszer Software, a vezérl rlőprogramok létrehozása Számítógép Vezérl rlőprogram végrehajtv grehajtás Vezérl rlő program-fejleszt fejlesztés segítése Szenzorok feldolgozása és s a vezérl rlő program módosm dosításasa 11

12 Ipari robotok osztályozása Robot jellemzők: Súlytartomány Mozgástengelyek elhelyezkedése, szabadságfokok Pozícion cionálási pontosság Terhelhetőség Sebességek a megfogó szerkezeten mérvem sok a megfogó szerkezeten mérvem Gyorsulások a Kézcsuklón megengedett statikus terhelés Hajtásrendszer Vezérl rlés Programozás Programnyelv A teljes rendszer felépítése Periféri riák Száll llítási feltételek telek 12

13 Ipari robotok osztályozása Robot perifériák igm munkadarabforgató periféria 13

14 Ipari robot két k t részre r bontható: alapgépre pre effektorra Alapgép p feladata: : az effektort a térben t (vagy síkban) előírt módon m mozgassa, és s felvegye a különböző erőhat hatásokat. Az alapgép p tovább bontható: Vázra (merev tagok mozgathatóan an összakapcsolt együttese) és Hajtásra (feladata a váz v z mozgatása) Az effektor lehet: megfogószerkezet szerkezet,, illetve szerszám 14

15 A robot (alapgép) belső felépítése 15

16 Teherviselő elemek, karok Működés s közben k a manipulátorra az alábbi erők hatnak: Súlyerő ( a manipulátor súlya, s a megfogóban lévő súly, a szerszám m súlya) s Súrlódási ellenáll llás (mozgáskor fellépő,, az egymáson elmozduló részek között, k fellépő ellenáll llás s a vezetékekben a csuklóban) Tehetetlenségi erő ( gyorsított tömegek t esetén mind egyenes vonalú,, mind forgó mozgás esetén) Technológiai erő ( pl. szereléskor, skor, felülettiszt lettisztításkor, skor, sorjázáskor skor stb. fellépő erő) 16

17 A súrlódó erők (nyomatékok) belső erők, azaz a hajtóelemek által kifejtett erők, nyomatékok kiegyensúlyozz lyozzák k ( a manipulátor egész szének egyensúlya szempontjából l nem játszanak j szerepet) A szerszámg mgépekhez viszonyítva a robotra ható súlyerők kisebbek, de a tehetetlenségi erők viszont nagyobbak, a technológiai erők pedig külső erőként hatnak! Nem elegendő az állórész megtámaszt masztása, sa, hanem húzóerőt t is biztosító lecsavarozást t kell alkalmazni. (ábra az állvány magassági gi helyzete is beáll llítható) 17

18 Leerősítő csavarozás 18

19 Állványszerkezet (váz) tengellyel 19

20 Ipari robot alapzata 20

21 A A teherviselő elemek, karok szerepe (az erők felvétel telén n túl), t hogy a szennyeződés s elleni védelem v és s a jobb megjelenés érdekében magukba foglalják a mozgatás s hajtásl sláncát. csőszer szerű szerkezet. A vékonyfalú zárt szelvény szilárds rdsági szempontból is kedvező,, az anyagot jól j kihasználja. A A karokra összetett igénybev nybevétel hat, ennek jelentős része csavarás.. A csavart vékonyfalv konyfalú,, zárt z keresztmetszetű csövek merevsége (az egységnyi gnyi szögű elcsavarodást st okozó nyomaték k nagysága) ga) a csavarási si másodrendm sodrendű nyomatékkal arányos. Bizonyítható,, hogy a köralakú cső 60%-kal merevebbmint a négyzetalakú. 21

22 Ha különbk nböző falvastagságú,, de azonos súlys lyú csöveket hasonlítunk össze, melyek keresztmetszeti területe állandó,, akkor adott súlys lyú csőnél l a falvastagság g csökken kkenésével négyzetesen nőn a merevség. A falvastagságot got a lehetőségek határáig csökkenteni kell. Ezek a határok: a csatlakoztathatóság g a kapcsolódó alkatrészhez (csavarozással, ssal, hegesztéssel), ssel), és s a cső,, mint héjszerkezet h stabilitása sa (ellenáll llás s horpadással szemben). 22

23 Ipari robotok terhelhetősége Gyakorlati szempontból is igen fontos robot jellemző a robot terhelhetősége. Belátható, hogy a robot tényleges terhelhetősége az előzőekben tárgyalt tényezőkön túl erőteljesen függ attól is, hogy a külső terhelő erők eredője a munkatér melyik pontjában terheli a robotot. A robotok kiválasztásánál, a robotos rendszer tervezésénél kiinduló alapadat a munkafolyamattól függő terhelhetőség. A robotok katalógusai minden esetben tartalmazzák a terhelhetőségi diagramot, amely az un. kinyúlás, illetve kinyúlások függvényében megadja a maximális terhelhetőséget. 23

24 Ipari robotok terhelhetősége Példaképpen: az ábra az ABB IRB 140-es ipari robot terhelési diagramját szemlélteti a Z és az L tengelyek mentén megvalósuló kinyúlások függvényében. Fontos megjegyezni, hogy a diagramban szereplő tömeg adatok a manipulálandó tárgy és a megfogó szerkezet együttes tömegét, illetve technológiai műveletet végző robotnál a szerszám tömegét jelentik. 24

25 Ipari robotok terhelhetősége A terhelőerő robottípustól függően - néhány tized N nagyságrendtől (mikro-robot) több ezer N értékig változhat. Ezt rendszerint két adattal jellemzik: legnagyobb sebességű mozgáshoz tartozó terhelhetőség redukált (rendszerint 50%-os) sebességhez tartozó terhelhetőség A robot fejrészét - a megfogó szerkezettel, illetve a szerszámmal együtt - úgy kell megtervezni, hogy a specifikációban megadottnál nagyobb erő illetve nyomaték ne érje a robotot. 25

26 Ipari robotok terhelhetősége Robot terhelhetősége az 5-ös és a 6-os csukló helyzetének függvényében térbeli 26

27 Vezetékek, csuklók Definíció: a manipulátorváz merev tagjait olyan szerkezeti egységek kapcsolják össze, amelyek az egyik tagnak a másik taghoz képest egy szabadságfokú mozgását teszi lehetővé. Mozgás iránya: vezetékeknél egyenes vonalú csuklóknál forgó mozgás (tengely körül) A forgó mozgás elvileg lehet folyamatos, de a robotnál erre nincs szükség. Megjegyzés: Forgó karokkal 2π -nél kisebb elfordulással is be lehet járni a munkateret. 2

28 Vezetékek, csuklók szerkezete, tulajdonságai Tulajdonságok Vezetékek és s csuklók k tulajdonságai Vezeték Csukló Alkalmazás 40% 40% Helyigény Merevség nagyobb - nagyobb - Hatásfok - kedvezőbb Manőverez verezőképesség - kedvezőbb Vezérl rlés - bonyolultabb Megjegyzés: A csuklók teljes szerkezeti kialakítása elfér a csatlakozókarok keresztmetszetének belsejében. 3

29 Egyenesvonalú vezetékek Szerkezeti kialakítás szerint 2 csoportra oszthatók: Csúszó Görgős STAR vezetékek 4

30 Csúszó és gördülő vezetékek tulajdonságai Tulajdonságok Költségek Helyigény Csúsz szó Vezeték k típusat Gördülő olcsóbb - kisebb - Surlódási ellenáll llás - kisebb Merevség - nagyobb Csillapítás Szennyeződésekkel szembeni érzékenység jobb - kevésb sbé érzékeny - Holtjáték - holtjáték k mentes Vontatási ellenáll llás - kicsi Akadozó csúsz szás - nincs Karbantartás - nem igényel Stick slip: akadozó csúszás kis v -nél 5

31 Gördülő vezetékek A gördülő vezetéket előfeszítve építik. Az egymáson elmozduló részeket belső erőrendszer szorítja össze, így merevséget és holtjáték mentességet lehet elérni. Hengeres görgős elemek 6

32 Gördülő vezetékek felépítése 4

33 Gördülő vezetékek A gördülő kapcsolat miatt kicsi a vontatási ellenállás, és nincs akadozó csúszás (stick slip) jelenség. Karbantartást nem igényelnek, a beépítéskor elvégzett zsírzás a teljes élettartamra elegendő. Rövid elmozdulásokn soknál görgősoros vezetéket építenek. 6

34 Gördülő vezetékek Rövid elmozdulásoknál görgősor, hosszabb elmozdulásoknál edzett acélsínen gördülő betétek. A kör keresztmetszetű sínt a golyókat tartalmazó persely vagy teljesen körbefogja, vagy csak patkóalakban kb.: π/2 ívnyílás, ívszakasz kihagyásával fogja át.

35 Perselyek kör keresztmetszetű vezetékekhez Kör keresztmetszetű vezeték

36 Csúszóvezetékek Anyagpárosítás: edzett acél (hosszú vezeték) műanyag Hosszú vezeték keresztmetszete lehet: kör négyszög A rövid vezetéken a műanyagot, vagy kötés előtt öntik, kenik a síkfelületre, vagy perselyenként 1-2 mm vastag lapot hajlítanak. 6

37 Csúszó- gördülő vezetékek Az egyenes vezetéknek fel kell vennie: a vezetékre ható merőleges irányú erőket és a mindenirányú nyomatékot Robot, manipulátor egyenesvonalú vezetékkel 37

38 Csúszó- gördülő vezetékek igm robot állványok Robot, manipulátor egyenesvonalú vezetékkel 38

39 Csúszó- gördülő vezetékek Görgős elem csatlakoztatása: két hosszú vezetéken keresztül (sínen) Teleszkópos jellegű egyenes vezetékek: viszonylag nagysúlyú (450N) munkadarabok mozgatása helytakarékosabb

40 Görgős papucsok Gyakran alkalmaznak egyenes vonalú vezetésre görgős papucsokat. A görgős papucsok beépítésével biztosítható a vezetékre merőleges irányú erők, illetve mindenirányú nyomatékok felvétele.

41 Gördülő vezetékek Fanuc robot Vezeték két robot utaztatása

42 A RÁBA kovácsüzemében megvalósított robotos rendszer speciális vezetéke Ipari robotok szerkezeti elemei

43 1.3. Forgó vezetékek, csuklók A robotok forgó tengelyeinél lévő csapágyak igénybevétele jelentősen eltér a szokásos forgó géptengelyek csapágyainak igénybevételétől. Jellemzői: robotkarok szögsebessége kicsi elfordulási szög korlátozott működés szakaszos Csapágyazás lehet: csúszó gördülő 43

44 1.3. Forgó vezetékek, csuklók Csúszó csapágyak tulajdonságai: kis szerkezeti méret műanyag(pl.:teflon) perselyben futó acél tengely a legelterjedtebb megfogók közelében alkalmazzák Gördülő csapágyak esetén teljesítendő: Elég nagy furatátmérő hajtáslánc a csuklószerkezet belsejében 44 ultrakönnyű csapágyak

45 A függőleges mozgatás (Z tengely) a szerszámgépeknél is gyakran alkalmazott egyszerű, de jó megoldás: motor, fogazott szíj és golyósorsó összeépítése (FANUC) (lásd ábra). Ipari robotok szerkezeti elemei 45

46 Forgó vezetékek, csuklók

47 Köszönöm m a figyelmet!