Žilinská univerzita Diplomová práca KAVS 4 1 Úvod ... - Utc.sk

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSObsah1 Úvod ........................................................................................................................... 52 Sériové, paralelné a hybridne kinematické štruktúry ........................................... 62.1 Sériové kinematické štruktúry ............................................................................... 62.1.1 Stavba ............................................................................................................ 62.1.2 Výhody a nevýhody sériových kinematických štruktúr ................................ 72.2 Paralelné kinematické štruktúry ............................................................................ 82.2.1 História .......................................................................................................... 82.2.2 Charakteristika ............................................................................................... 82.2.3 Rozdelenie paralelných kinematických štruktúr ............................................ 92.2.4 Výhody a nevýhody paralelných kinematických štruktúr ........................... 142.3 Hybridné kinematické štruktúry .......................................................................... 143 Pracovné hlavice...................................................................................................... 163.1 Manipulačné efektory .......................................................................................... 173.1.1 Mechanické uchopovacie hlavice ................................................................ 183.1.2 Magnetické uchopovacie hlavice ................................................................. 213.1.3 Podtlakové uchopovacie hlavice ................................................................. 234 Návrh hybridnej kinematickej štruktúry ............................................................. 265 Konštrukcia sériovej nadstavby trivariantu ........................................................ 295.1 Návrh kinematických dvojíc sériovej nadstavby ................................................ 325.2 Návrh pohonov .................................................................................................... 365.3 Návrh prevodov ................................................................................................... 376 Návrh manipulačných efektorov a ich umiestnenie na pohyblivúplatformu robota ..................................................................................................... 426.1 Mechanické uchopovacie hlavice........................................................................ 426.1.1 Mechanická pneumatická uchopovacia hlavica........................................... 436.1.2 Mechanická elektrická uchopovacia hlavica ............................................... 436.2 Podtlaková uchopovacia hlavica ......................................................................... 447 Záver ........................................................................................................................ 464

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVS1 ÚvodS rozvojom automatizácie rastú požiadavky aj na parametre nových robotickýchzariadení, ktoré by mali mať väčšiu tuhosť, dosahovali by väčšie rýchlosti a zrýchlenia. Strojepostavené s klasickou sériovou kinematikou už narážajú na svoje hranice a nedokážudostatočne zabezpečiť tieto neustále rastúce požiadavky.Vývoj v oblasti obrábacích strojov a tiež robotov sa preto začal orientovať naaplikovanie netradičných kinematických princípov, medzi ktoré patria aj paralelnékinematické štruktúry. Táto konštrukcia je známa už od roku 1928, ale vzhľadom na vysokénároky na riadiaci systém jej praktická realizácia a masívnejší rozvoj musel čakať až do koncadvadsiateho storočia. Keďže v poslednom období došlo k rýchlemu rozvoju výpočtovejtechniky (predovšetkým v oblasti hardvéru), táto nevýhoda sa postupne vytráca.Sériová aj paralelná kinematika má svoje výhody a takisto i nedostatky a nedá sa pretonájsť univerzálne riešenie pre každú aplikáciu. Paralelné mechanizmy sa vyznačujúvýhodnými vlastnosťami predovšetkým pre polohovanie a mechanizmy so sériovoukinematikou pre orientáciu. Jednou z ciest zavádzania inovácií v oblasti výrobnýcha manipulačných zariadení je využívanie takzvaných hybridných kinematických štruktúr,ktoré v sebe spájajú výhody paralelných a sériových kinematických štruktúr. Konfiguráciatýchto mechanizmov sa môže líšiť, ale najčastejšie sa stretávame práve s prípadom, kedyparalelná časť zabezpečuje polohovanie koncového člena v priestore a sériová časť jehoorientáciu. Takýmto usporiadaním je možné dosiahnuť až šesť stupňov voľnosti, teda úplnépolohovanie a orientovanie objektu v priestore.Cieľom diplomovej práce je podať prehľad o vývoji a súčasnom stave v oblasti robotovz paralelnou a hybridnou kinematickou štruktúrou. Hlavnou úlohou je navrhnúť nadstavbu sosériovou kinematikou pre projekt zameraný na vývoj mechanizmu zvaného TriVariant, ktorýsa v súčasnosti realizuje na Katedre automatizácie a výrobných systémov Žilinskej univerzity.5

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVS2 Sériové, paralelné a hybridne kinematické štruktúryKinematika je náuka, ktorá skúma pohyb telies bez ohľadu na sily a krútiace momenty,ktoré pohyb spôsobili. Kinematika sa zaoberá polohou, rýchlosťou, zrýchlením a ďalšímivyššími deriváciami polohových premenných vzhľadom k času alebo iným premenným.Z toho vyplýva, že kinematika študuje iba geometriu a časové vlastnosti pohybu [2].Kinematická štruktúra výrobných strojov a priemyselných robotov je zložená z rôznychtelies, ktoré sú spojené kinematickými dvojicami a silovými elementmi, ako sú napr. pružiny,tlmiče, pohony a iné. Kinematické dvojice obmedzujú vzájomný pohyb pôvodne voľnepohyblivých telies. Typ použitých kinematických dvojíc a ich usporiadanie vymedzujepracovný priestor výrobných strojov a priemyselných robotov. Niekoľko telies spojenýchkinematickými dvojicami tvorí kinematický reťazec. Výrobné stroje a priemyselné robotydelíme podľa kinematickej štruktúry (typu kinematického reťazca) na stroje: so sériovou kinematickou štruktúrou (otvoreným kinematickým reťazcom), s paralelnou kinematickou štruktúrou (uzavretým kinematickým reťazcom), s hybridnou kinematickou štruktúrou.2.1 Sériové kinematické štruktúry2.1.1 StavbaSériové kinematické štruktúry majú dôležitý význam nielen v oblasti výrobných strojov,ale aj v oblasti výrobných robotov a manipulátor. Charakteristickým znakom pre sériovékinematické štruktúry je ich postupné usporiadanie kinematických dvojíc. Príklad sériovejkinematiky je znázornený na obr. 2.1. Ramená robota tvorí otvorený kinematický reťazec.Výsledný pohyb sa skladá z niekoľkých na seba nadväzujúcich pohybov. Zvyčajne sú toelementárne pohyby (translačné alebo rotačné). Jednotlivé ramená robota sa môžu pohybovaťnezávisle na sebe.6

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSObr. 2.1 Sériový robot IRB 1410 ArcPack [12]Nosné sústavy súčasných obrábacích strojov so sériovou kinematickou štruktúrou sú tiežvytvárané stavbou, kde jeden uzol nadväzuje na druhý. Napríklad sú na seba nastavenécelkom tri translačné osi. Dochádza teda k tomu, že os, ktorá je na začiatku kinematickéhoreťazca, unáša so sebou ostatné časti reťazca [2].2.1.2 Výhody a nevýhody sériových kinematických štruktúrVýhody- dlhoročný vývoj a s tým spojené skúsenosti v oblasti návrhu a výroby,- jednoduché riadenie,- nízka cena.Nevýhody- nízka tuhosť: akumuluje sa pružnosť, osi sú namáhané na ohyb,- šírenie chýb: chyby sa hromadia v jednotlivých osiach,- vysoká hmotnosť pohybujúcich sa častí: Prvá os nesie hmotnosť všetkýchnasledujúcich osí .7

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVS2.2 Paralelné kinematické štruktúry2.2.1 HistóriaPrvá priemyselná aplikácia paralelného kinematického mechanizmu (PKM) bolaGoughova platforma (obr. 2.2) navrhnutá v roku 1957 na testovanie pneumatík. Paralelnékinematické mechanizmy boli ďalej využívané ako letecké simulátory, ale aj pre robotickéaplikácie, vďaka svojej nízkej hmotnosti a vysokej dynamike pohybu.Vzhľadom k rýchlemu rozvoju vysokorýchlostného obrábania sa PKM stali zaujímavoualternatívou ku klasickým strojom so sériovou kinematickou štruktúrou.Obr. 2.2 Goughova platforma [9]2.2.2 CharakteristikaParalelný kinematický mechanizmus je mechanizmus s uzavretou kinematickouštruktúrou zloženou z viacerých paralelných prútov, ktoré sú dĺžkovo prestaviteľné . PKŠ saskladá z pevnej bázy, ktorá je s pohyblivou platformou prepojená najmenej dvoma dĺžkovoprestaviteľnými ramenami.Paralelné riadenie dĺžky prútov umožňuje súčasný pohyb všetkých stavebných skupínsústavy, dosiahnutie požadovanej polohy a priestorového sklonu pracovnej jednotky. Preriadenie paralelnej kinematickej štruktúry je zvyčajne potrebných 5 až 6 stupňov voľnosti.Tieto sú realizované pomocou guľových a kardanových kĺbov, čo vylučuje akékoľvek8

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSohybové alebo torzné namáhanie prútov a vedie k značnému zníženiu celkovej hmotnostistroja.PKŠ sa odlišujú od sériových trojdimenzionálnym usporiadaním prútov. Kýmu sériového prevedenia má kartézska stavba za následok nielen výskyt ťahových a tlakových,ale aj torzných a ohybových napätí, u paralelných štruktúr sú kĺby a prúty namáhané lenťahovými a tlakovými silami (obr. 2.3).a) b)Obr. 2.3 Pôsobenie sily u sériovej (a.) a paralelnej (b.) kinematiky [10]Je veľmi veľa rôznych variantov paralelných kinematických štruktúr. Môžu mať rôznypočet prútov či kĺbov v rôznych prevedeniach. Prúty môžu byť upevnené každý vo svojomuzle, alebo môžu byť upevnené dva kĺby v jednom uzle. Paralelná štruktúra býva upevnenátak, že základňa je pevná a vreteno, efektor alebo iné funkčné zariadenie je umiestnené napohyblivej platforme. Celé zariadenie však môže byť orientované vertikálne, otočené tak, žeakčný člen je orientovaný smerom hore alebo dolu. Ďalším spôsobom orientovaniamechanizmu je jeho horizontálna orientácia. Každá z uvedených orientácií mechanizmu másvoje výhody. Keďže majú paralelné mechanizmy zväčša malé rozmery a malé hmotnostivoči konvenčným strojom a robotom, mechanizmus je jednoduché premiestniť a nainštalovaťho na iné pracovisko pre ďalšie operácie pri zmene sortimentu výroby [6].2.2.3 Rozdelenie paralelných kinematických štruktúr9

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSParalelné kinematické mechanizmy sa najčastejšie rozdeľujú podľa počtu aktívnych tyčí(prútov, nôh ) na:BipodyTripodyPentapodyHexapodyDelta robotyBipodyBipod je zariadenie, ktoré má dve riadené podpery, vďaka ktorým sa zariadeniepohybuje. Táto konštrukcia bola využitá pre vysokorýchlostné frézovacie trojosové obrábaciecentrum Trijoint 900H (obr. 2.4)TripodObr. 2.4 Obrábacie centrum s bipodickou PKŠ Trijoint 900H [7]Tripod (obr. 2.5) je zložený zo základne, ktorá je spojená s platformou prostredníctvomtroch aktívnych ramien a jednej pasívnej väzby. Pasívna väzba odoberá platforme rotačnéstupne voľnosti. Koncový člen sa u Tripodu umiestňuje priamo na platformu. Pri takomtokinematickom usporiadaní Tripodu je možné koncový člen iba polohovať v priestore,natočenia koncového člena sú závislé na kinematike stroja.10

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSObr. 2.5 Tripod[8]HexapodObr. 2.6 hexapod M-850 [11]Hexapod (obr. 2.6) pozostáva zo šiestich riadených prútov, ktoré môžu meniť svojudĺžku a sú upevnené na kĺboch, ktoré sú upevnené na pevnej základni a pohyblivej platforme.Koordináciou vysúvania alebo zasúvania piestov sa umožňuje pohyb a naklápanie pohyblivejplatformy do pracovnej polohy, na ktorej je umiestnená vlastná technologická jednotka11

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSDelta robotyDelta robot (Obr. 2.7) je typ paralelného robota. Skladá sa z troch ramien pripojenýchk základnej platni. Kľúčovým prvkom je použitie paralelogramu na ramenách, ktorézabezpečujú orientáciu koncového efektora. Delta robot sa najčastejšie používa na zberaniea balenie, pretože je rýchly a dokáže vykonávať až 150 zdvihov za minútu [13].Obr. 2.7 Schéma delta robota [13]Delta robot bol vynájdený začiatkom 80-tych rokov Reymondom Clavelom na ÉcolePolytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL, Švajčiarsko). Účelom tohto nového typu robotabola manipulácia s ľahkými a malými objektmi vo veľmi vysokej rýchlosti. V roku 1987firma Demaurex zakúpila licenciu na Delta robot a začala výrobať Delta roboty prebaliarenský priemysel. V roku 1991 Reymond Clavel predstavil svoju dizertačnú prácuKonštrukcia robota s paralelnou kinematikou so 4 stupňami voľnosti, za ktorú získalocenenia v roku 1999 za prácu a rozvoj v oblasti Delta robotov. V roku 1999 začala firmaABB Flexibilná automatizácia predávať svoj Delta robot pod názvom FlexPicker (Obr. 2.8).12

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSObr. 2.8 FlexPicker [14]Delta robot je robot s paralelnou kinematickou štruktúrou. Má štyri stupne voľnosti, tritranslačné a jednu rotačnú. Kľúčovým pojmom Delta robota je použitie parallelogramu. Tietoparallelogramy obmedzujú pohyb koncového člena len translačne (len pohyb v smere osi X,Y alebo Z). Robot je namontovaný nad pracovným priestorom. Všetky pohony sa nachádzajúv základni robota. Z tejto základne sú vysunuté tri kĺbové ramená. Ramená sú vyrobené zľahkého kompozitného materiálu. Konce troch ramien sú spojené s malou trojuholníkovouplatformou. Ovládanie je možné vykonávať s lineárnym alebo rotačným pohonom . Zozákladne vychádza štvrtá noha, ktorá je pripojená do stredu trojuholníkovej platformya dodáva koncovému efektoru štvrtý rotačný stupeň voľnosti. Pretože pohony sú umiestnené vzákladni a ramená sú vyrobené z kompozitného materiálu, pohyblivé časti Delta robota majúmalú zotrvačnosť. To umožňuje veľmi vysokú akceleráciu. Zrýchlenie môže byť až 30 g (tzn.až 30- násobok gravitačného zrýchlenia) a rýchlosti až 10 ms 1 [13].Využitie Delta robotov je hlavne v odboroch, ktoré využívajú vysokú rýchlosť najmä prebalenie, zdravotníctvo a farmaceutický priemysel. Ďalšie možné aplikácie zahŕňajú montážalebo prevádzku v čistých priestoroch pre elektronické súčiastky.13

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVS2.2.4 Výhody a nevýhody paralelných kinematických štruktúrVýhody- tuhá konštrukcia,- ťahové a tlakové zaťaženia tyčí a stojanov,- vysoké pracovné rýchlosti a zrýchlenia,- opakovateľnosť jednotlivých časti v rámci stoja,- vysoká presnosť,- malá hmotnosť pohybujúcich sa častí,Nevýhody- zložité riadenie lineárnych pohybov - vyžadujú šesťosové riadenie,- vysoké náklady a náročný systém riadenia,- obmedzená orientačná pohyblivosť pri výmene nástroja,- bez prídavnej rotačnej a výkyvnej osi je možné obrábanie len z jednej strany obrobku,- veľké dĺžky častí stroja sú nepriaznivé z hľadiska tepelných deformácií,- nevýhodný pomer medzi veľkosťou pracovného priestoru a zastavaného priestorustroja,- nákladný merací systém pre dosiahnutie požadovaných presností.2.3 Hybridné kinematické štruktúrySériová aj paralelná kinematika majú svoje výhody a takisto i nedostatky a nedá sa preto nájsťuniverzálne riešenie pre každú aplikáciu. Paralelné mechanizmy sa vyznačujú výhodnýmivlastnosťami predovšetkým pre polohovanie a mechanizmy so sériovou kinematikou preorientáciu. Preto sa ako jeden z optimálnych spôsobov používania takýchto štruktúr javískĺbenie sériovej a paralelnej kinematiky, kde paralelná časť zabezpečuje polohu koncovéhočlena v priestore a sériová časť slúži na orientáciu koncového člena. Konštrukcia vychádzaz konštrukcie tripodu, ktorý je uvedený na (Obr. 2.5).14

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSTriceptTricept (Obr. 2.9) je hybridná paralelná štruktúra s rovnakou kinematickú štruktúrou akotripod s tým rozdielom, že koncový člen je umiestnený až na poslednom člene sériovejkinematickej štruktúry. Pri takomto riešení je možné aj uhlové natočenie koncového člena.Obr. 2.9 Tricept[8]TrivariantTrivariant (Obr. 2.10) má upravenú kinematickú štruktúru tricepta - trivariant má zlúčenúpasívnu väzbu s jedným ramenom. Tým sa podarilo čiastočne zväčšiť pracovný priestor.Nevýhodou je však zvýšené namáhanie spomínaného ramena.Obr. 2.10 Trivariant [8]15

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVS3 Pracovné hlaviceČinnosť manipulátora alebo robota spočíva v nastavovaní diskrétnych polôh pracovnejhlavice alebo v spojitom pohybe pracovnej hlavice po definovanej obecnej priestorovej dráhe,pritom sa spravidla riadi aj orientácia pracovnej hlavice.Pracovná hlavica je teda funkčná časť, ktorá podľa charakteru požadovanej činnostiurčuje využitie pohybového systému manipulačného prostriedku. Pracovná hlavica bývaumiestnená na výstupe z pohybového systému robota, a preto sa označuje aj ako výstupnáhlavica [4].Prevedenie pracovnej hlavice odpovedá charakteru aplikácie manipulátora alebo robotaa vo výrobe môžeme uvažovať s týmito charakteristickými typmi aplikácií: vkladanie objektov do pracovného priestoru výrobného zariadenia a jehospätné vykladanie, medzioperačná manipulácia, technologické operácie, kontrolné operácie.Podľa charakteristických typov operácií prevádzanými robotmi alebo manipulátormi možnouvažovať o týchto typoch pracovných hlavíc: manipulačné hlavice, technologické, kontrolné a meracie hlavice, kombinované hlavice, špeciálne hlavice.Manipulačné hlavice umožňujú zachytenie objektov pri manipulácií. Hlavná časťtechnologickej hlavice je príslušný nástroj, alebo systém nástrojov, u kontrolnej alebo meracejhlavice ide potom o snímače pre sledovanie určitých veličín.Konštrukcia pracovnej hlavice umožňuje realizáciu jednej operácie alebo aj niekoľkýchoperácií. Príslušná operácia môže byť ale ďalej viazaná, napríklad v prípade manipulačnýchhlavíc na určitý typ objektu určitého tvaru a rozmeru. Z hľadiska rozsahu realizovanýchoperácií možno rozlíšiť dve kategórie pracovných hlavíc:16

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVS jednoúčelové, multifunkčné.3.1 Manipulačné efektoryManipulačné efektory (chápadlá, uchopovacie hlavice) predstavujú koncové členypriemyselných robotov, resp. manipulátorov, ktoré vykonávajú činnosti spojené s obsluhouvýrobných a pomocných zariadení. Jedná sa najmä o uchopovanie, premiestňovanie avkladanie objektov manipulácie na požadované miesto. Predstavujú zakončeniekinematického reťazca robotického zariadenia [4].Používa sa pre : vkladanie prípadne vyberanie predmetov do alebo z pracovného priestoruvýrobných strojov alebo ďalších robotov na pracovisku, manipuláciu spredmetmi (polotovar, súčiastka, nástroj), manipuláciu s predmetmi medzi viacerými pracoviskami, na ktorých súvykonávané činnosti podľa určitého technologického postupu,manipuláciu s predmetmi na jednom pracovisku (pri obrábaní súčiastky na viacupnutí, otáčanie výkovku pri kovaní a pod.).Podobne ako technologické hlavice, sú aj manipulačné efektory navrhovanéa konštruované podľa konkrétnych požiadaviek zákazníka. Podľa charakteru kontaktu medziuchopovacími prvkami (časti efektora, ktoré prichádzajú bezprostredne do kontaktu sobjektmi manipulácie) a uchopovaným predmetom pri vyvodení uchopovacej sily sa delia na:A- mechanické - najjednoduchšie uchopovacie mechanizmypasívne – pevné podpery, odpružené čeľuste,aktívne – pohyblivé čeľuste s pohonom,B- magnetické - pre manipuláciu s ľahkými predmetmi menších rozmerov sferomagnetickými vlastnosťami:pasívne – permanentné magnety,aktívne - elektromagnety,17

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSC - podtlakové - pre manipuláciu s predmetmi, ktoré nie sú vyrobenéz feromagnetických materiálov a ktoré majú rovinné a hladké plochy (dosky,sklené tabule, ...), uchopovacími prvkami sú pružné deformačné prísavky: pasívne - deformačné prísavky, aktívne - podtlakové komory s riadeným vyvodením podtlaku,D - špeciálne - pre manipuláciu s krehkými predmetmi (žiarovky, výrobky zo skla)a s objektmi nepravidelných a zložitých tvarov.Manipulačné hlavice zostavené len z mechanických prvkov sa označujú ako mechanickéuchopovacie hlavice a z magnetických prvkov ako magnetické uchopovacie hlavice.Kombináciou uchopovacích prvkov rôzneho druhu vznikajú uchopovacie hlavicemechanicko-podtlakové, mechanicko-magnetické a podobne. V rámci naznačených typovhlavíc môžu byť použité v rôznych kombináciách aktívne aj pasívne prvky [4].Počet uchopovacích prvkov v konštrukcií uchopovacej hlavice závisí na priestorovejčlenitosti, rozmeroch, tuhosti a hmotnosti objektov. Podiel počtu pasívnycha aktívnychprvkov v celkovom počte uchopovacích prvkov je určený predovšetkým požiadavkami napresnosť zachytenia objektu v hlavici. Podľa počtu uchopovacích prvkov sa rozlišujúuchpovacie hlavice: jednoprvkové, viacprvkové.3.1.1 Mechanické uchopovacie hlavicePasívne mechanické uchopovacie hlavicePasívne uchopovacie hlavice sa vyznačujú konštrukčnou jednoduchosťou a používajú sapri manipulácií s ľahkými objektmi jednoduchého tvaru. Ide teda hlavne o malé príruby,krúžky, hriadele a podobne. Sú zostavené z pevných a odpružených prvkov bez pohonu.Pre minimálny rozsah štruktúry pasívnych uchopovacích hlavíc, teda pre hlavice sdvoma uchopovacími prvkami prichádzajú do úvahy dve koncepcie. dva odpružené uchopovacie prvky (Obr. 3.1), jeden pevný a jeden odpružený prvok.(Obr. 3.2).18

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSObr. 3.1 Dva odpružené uchpovacie prvkyObr. 3.2 Jeden pevný a jeden odpružený prvokPočet prvkov týchto pasívnych mechanických uchopovacích hlavíc je určenýpredovšetkým tvarom a rozmermi objektu manipulácie, prípadne na základe požiadavok napresnosť jeho polohy v hlavici.Najjednoduchšie hlavice s otvorenými lôžkami sa používajú len pre manipuláciuv horizontálnej rovine a pohyb musí byť plynulý, aby nedošlo k vypadnutiu manipulovanéhoobjektu z lôžka [4].Aktívne mechanické uchopovacie hlaviceAktívne mechanické hlavice obsahujú aspoň jeden pohyblivý prvok s vlastnýmpohonom. Sú teda charakterizované možnosťou ovládania pohyblivých čeľustí spôsobom19

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSobdobným, ako je uchopovanie manipulovaného objektu ľudskou rukou. Podľa toho sú tiežtieto hlavice nazývané ako mechanické chápadlá. Mimo nosnú časť sú zložené z takzvanýchaktívnych uchopovacích prvkov, tvoriacich ovládané pohyblivé čeľuste a prvkov pasívnych(oporných).Vzhľadom k veľkému počtu a rozmanitosti typov a tvarov manipulovaných polotovarovje i veľký počet použiteľných hlavíc. Pre každý typ hlavice a druh predmetu je možné zvoliťväčšinou niekoľko spôsobov uchopenia [4].Vnútorná štruktúra hlavice s aktívnym prvkom je tvorená troma blokmi:• motorom• transformačným blokom (mechanický prevod)• aktívnym uchopovacím prvkom (čeľusť, prst)Neúčasťou transformačného bloku v štruktúre vzťahu motor – uchopovací prvokvzniknú dve ďalšie koncepcie:štruktúra s oddeleným usporiadaním motora a uchopovacieho prvku,štruktúra s integráciou motora a uchopovacieho prvku.Obidve redukované štruktúry sa prejavia zmenšením rozmerov a hmotnosti konštrukcie,čo sú u pracovnej hlavice dôležité parametre.Na hlavici bez transformačného bloku je výstup motora priamo spojený s uchopovacímprvkom. Toto riešenie má význam predovšetkým u hlavíc s jedným aktívnym prvkom, lebov prípade niekoľkých aktívnych prvkov má každý prvok samostatný motor a pretože jeprakticky nemožné zaistiť ich synchrónnu činnosť, je neurčitá aj poloha uchopeného objektu.V prípade integrovanej štruktúry bez transformačného bloku sa nedá oddeliť pohon oduchopovacieho prvku, lebo spolu splývajú. Ide o prvky väčšinou špeciálne vyvinuté prekonštrukcie uchopovacích hlavíc a môžeme ich teda označiť ako nekonvenčné. Uchopovacieprvky tohto typu konajú často obecný pohyb a pritom sa prispôsobujú tvaru objektu.[4]Aktívne mechanické hlavice: aktívne mechanické hlavice bez transformačného bloku, aktívne mechanické hlavice s transformačným blokom:o hlavice s pákovým transformačným blokom,o hlavice so zubovým transformačným blokom,o hlavice s vačkovým transformačným blokom,o hlavice so skrutkovým transformačným blokom,o hlavice s viacej-stupňovými transformačnými blokmi.20

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVS3.1.2 Magnetické uchopovacie hlavicePrincíp vyvodenia uchopovacej sily je odvodený od silového pôsobenia magnetickéhopoľa na feromagnetický materiál. Magnetické pole pôsobením na feromagnetický materiál hozmagnetizuje a silovo pritiahne k primárnemu zdroju tohto poľa. Podľa druhu zdrojamagnetického poľa sa magnetické uchopovacie hlavice členia na: hlavice s permanentným magnetom (pasívne hlavice), hlavice s elektromagnetom (aktívne hlavice) [5].Uchopovacie hlavice s permanentným magnetomHlavice sú riešené na aplikácii trvalých (permanentných) magnetov, ktoré nepotrebujúvonkajšiu napájaciu energiu. Hlavice sú postavené na aplikácii pólových nadstavcov zmäkkého železa (zdroj magnetického poľa) ako uchopovacích prvkov a vzduchovej medzeremedzi týmito prvkami a povrchom uchopovaného objektu. Pri riešení pasívnych hlavíc saodporúča dodržať najmä tieto zásady:• uchopované objekty musia byť z feromagnetického materiálu;• tvar, ale najmä uchopovaný povrch objektu uchopenia, by mal byť rovinný;• uchopovaný povrch objektu by mal byť hladký (drsnosť), suchý a čistý;• povrchová teplota objektu je obmedzená (permanentný magnet do 94 °C,elektromagnet do 60 °C);• pozícia objektu v hlavici pri uchopení má (vo vzťahu k pôsobeniu uchopovacíchsíl) zaručiť, aby ťažisko objektu ležalo v osi normálových uchopovacích síl (priusporiadaní roviny uchopenia objektu vo vertikálnom smere klesá hodnotauchopovacej sily približne na štvrtinu);• z dôvodu veľkého rozptylu presnosti uchopenia objektu (parameter – opakovanápresnosť uchopenia), odporúča sa v konštrukcii hlavice aplikovať doplňujúceprvky (navádzacie, polohovacie,...);• uchopovacie prvky (magnetické nadstavce, počet, tvar a rozmer podľa potreby)upevniť na nosný rám hlavice pevne alebo posuvne v kolmom smere na objekt vúčelových držiakoch.21

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSZásadným problémom aplikácie hlavice tohto typu je zmagnetizovanie objektu a jeho„oddelenie - uvoľnenie“ (vypustenie, odovzdanie) z hlavice. Prax priniesla niekoľkoprincípov riešenia na báze vyvodenia odtrhovej sily priamo robotom, pričom objekt jepridržiavaný účelovým pomocným prvkom (narážka, doraz,...) a vyhadzovaciehomechanizmu priamo zabudovaného do konštrukcie hlavice, riešenie programovo riadenejprídavnej funkcie zaradzuje uvoľňovanie objektu ako aktívnu fázu [5].Uchopovacie hlavice s elektromagnetomHlavice sú riešené na aplikácii riadených elektromagnetov. Hlavice sú postavené nazabudovaní elektromagnetickej jednotky (Obr. 3.3) do konštrukcie hlavice.Obr. 3.3 Schéma elektromagnetu –1. jadro elektromagnetu, 2. budiace vinutie, hxb – prierez jadra elektromagnetuSilový účinok elektromagnetickej jednotky je závislý na veľkosti činnej plochy jadraelektromagnetu, veľkosti vzduchovej medzery medzi objektom a elektromagnetom, veľkostiprúdu pretekajúceho budiacim vinutím, kvalite kontaktu s objektom (tvar, čistota povrchu,...).Pri riešení aktívnych hlavíc, okrem uvedených všeobecne platných zásad, sa odporúčadodržať najmä tieto zásady:• zdrojom pre napájanie elektromagnetov môže byť:- batéria (výhoda – prenositeľnosť, nezávislosť na sieti, nie sú potrebné rozvody;nevýhoda – kapacita, životnosť),- jednosmerný generátor (nevýhoda – dodatočné rozvody),- elektrický rozvod nosiča hlavice (nevýhoda - dodatočné rozvody, usmernenie);• problém zmagnetizovania objektu možno riešiť zaradením obvodov preodmagnetovanie objektu (krátkodobé pôsobenie prúdu opačnej polarity);22

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVS• problém „oddelenie - uvoľnenie“ (vypustenie, odovzdanie) objektu možno riešiťprogramovým ovládaním elektromagnetu[5].3.1.3 Podtlakové uchopovacie hlavicePrincíp vyvodenia uchopovacej sily je odvodený od fyzikálneho princípu vyvodeniapodtlaku. Podľa spôsobu vytvárania podtlaku hlavice sa členia na:pasívne hlavice – pritlačením uchopovacieho prvku (prísavky) na uchopovanýpovrch, dôjde k jeho deformácii, nadväzne k zmenšeniu objemu jeho vnútornéhopriestoru (komora) a k vytlačeniu atmosférického vzduchu. Spätným pohybom saprvok vplyvom vlastnej pružnosti vracia do medzi polohy so zväčšeným vnútornýmpriestorom (komora), pričom vznikne podtlakový prisávaci efekt;aktívne hlavice – pre vyvodenie podtlakového prisávacieho efektu využívajúvlastný zdroj podtlaku objemovú alebo prúdovú vývevu.Uchopovacím prvkom je prísavka, (Obr. 3.4), elastická manžeta (zvon) má prevažnetanierovitý tvar, dovoľujúci prispôsobiť sa uchopovanému povrchu (guľový čap) a utesniťvnútorný priestor komory prísavky. Po pritlačení manžety je vzduch z komory vytlačený cezprepúšťací ventil, uvoľnenie objektu je po prepojení vnútorného priestoru prísavky s okolitýmprostredím (zatlačenie kolíka) [5].Obr. 3.4 Prísavka23

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSPasívne podtlakové hlaviceProblém „oddelenie - uvoľnenie“ (vypustenie, odovzdanie) objektu sa rieši obdobne akou predchádzajúceho typu hlavíc, t.j. vyvodením odtrhovej sily priamo robotom, pričom objektje pridržiavaný účelovým pomocným prvkom (narážka, doraz,...) a zabudovanímvyhadzovacieho mechanizmu priamo do konštrukcie hlavice, s programovo riadenouprídavnou funkciou uvoľňovania. Príklad hlavice je na obr.3.5.Obr. 3.5 Pasívna hlavicaOdpružený piest zabezpečuje pritlačenie prísavky o súčiastku vždy rovnako veľkou siloua počas manipulácie zabezpečuje dokonalú tesnosť medzi prísavkou a objektommanipulácie[5].Aktívne podtlakové hlaviceFunkciu zdroja podtlaku môže realizovať objemová výveva (rôzne typy čerpadiel –piestové, lamelové, skrutkové, membránové,...), ktorá zabezpečuje väčší objem vákua (podľatypu). V robotike sa veľmi nevyužíva, dôvodom sú vyššie náklady a zložitosť technickéhoriešenia. V robotike sa rozšírilo využívanie prúdových vývev (ejektorov) ako zdrojov vákua.Funkcia ejektora, (Obr. 3.6), je postavená na vyžití princípu Venturiho trubice.24

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSObr. 3.6 Princíp ejektoru: 1 - uzatvárací ventil,2 - odvádzanie vzduchu do okolitej atmosféry cez otvorený ventil,3 – urýchľovanie prúdenia vzduchu, 4 – prívod stlačeného vzduchu, 5 – prísavka,6 - – objekt manipulácie25

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVS4 Návrh hybridnej kinematickej štruktúryNa katedre automatizácie a výrobných systémov (KAVS) Žilinskej univerzityv Žiline je v súčasnosti riešený projekt stavby hybridnej kinematickej štruktúry, tzv.trivariantu. Trivariant bude postavený z tripodickej paralelnej kinematiky s troma stupňamivoľnosti a zo sériovej nadstavby s troma rotačnými kĺbmi.Na obr.4.1 je znázornená kinematická schéma trivriantu, kde symboly T1 až T3 označujú tritranslačné kinematické dvojice tripodu, R1 až R3 rotačné kinematické dvojice a body A, B, C,D a E označujú jednotlivé kĺby tripodu.Obr. 4.1 Kinematická schéma trivariantu(Obr. 4.2).Momentálne je na katedre postavený polohovací mechanizmus s paralelnou kinematikou26

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSObr. 4.2 Tripod riešený a postavený na KAVSRám mechanizmu (Obr. 4.3) je zvarený z profilovej ocele tvaru U a L. V strednej častimechanizmu sa nachádza centrálny kardanový kĺb, na ktorom je upevnená centrálna výsuvnátyč. Na voľných koncoch rámu sú priskrutkované dve ložiskové telesá s kardanovými kĺbmi.Do nich sú vložené dve základné teleskopické tyče. Tie sú pripevnené pomocou kardanovýchkĺbov na pripojovaciu platformu. Na ňu bude pripojená nadstavba so sériovou kinematikou,ktorej návrh je predmetom tejto diplomovej práce.27

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVS6Obr. 4.3 3D model trivariantu so sériovou nadstavbou1-centrálny kardanový kĺb, 2-centrálna výsuvná tyč, 3-ložiskové telesá, 4-základné teleskopické tyče, 5-pripojovacia platforma, 6-nadstavba so sériovou kinematikou28

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVS5 Konštrukcia sériovej nadstavby trivariantuKinematická schémaNa (Obr. 5.1) je znázornená kinematická schéma sériovej nadstavby trivariantu.Nadstavba má tri stupne voľnosti. Je tvorená troma rotačnými väzbami. Spolu s paralelnoučasťou má trivariant celkovo 6 stupňov voľnosti, čím mechanizmus zabezpečí plnúpohyblivosť koncového člena v priestore.Obr. 5.1 Kinematická schéma sériovej nadstavby trivariantuObr. 5.2 Model sériovej nadstavby1-pripojovacia platforma nadstavby, 2-kozlík, 3-teleso, 4-koncový efektor29

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSNadstavba (Obr. 5.2) je pripevnená k pohyblivej platforme polohovacieho zariadenia(tripodu) a slúži ako orientačné zariadenie. Je zložená z dvoch na seba kolmých osí a tretejosi, ktorá slúži na otáčanie koncového efektora okolo vlastnej osi.Pripojovacia platforma tripoduObr. 5.3 Model pripojovacej platformy tripoduPripojovacia platforma (Obr. 5.3) je vyrobená z plechu hrúbky 5 mm. Miesta pripojeniadvoch základných posuvných tyčí sú sklonené pod uhlom 30°, aby sme dosiahli čo najväčšívyužiteľný rozsah pohybu dolných kardanových kĺbov. Z hľadiska zachovania jednoduchostikonštrukcie a minimalizácie hmotnosti mechanizmu je pri návrhu sériovej nadstavby výhodnérešpektovať tieto pripojovacie prvky (a ich geometrické parametre), ktoré sa nachádzajú napohyblivej platforme tripodu.Sériová nadstavba bude pripevnená na tripod pomocou štyroch skrutiek umiestnených votvoroch O 7 mm, ktoré sú umiestnené na rozstupovej kružnici s priemerom 68 mm.Pripojovacia platforma sériovej nadstavbyPripojovacia platforma sériovej nadstavby (Obr. 5.4) je zložená z troch častí: základnejplatformy, pripojovacieho hriadeľa, ktorý je k platni privarený a napínacieho člena. Tentonapínací člen je k platni priskrutkovaný skrutkou M5 s maticou a podložkou. Predpätieremeňa sa dosiahne pomocou posunutia napínacieho člena na požadovanú vzdialenosťa utiahnutím skrutiek.Platňa je vyrezaná z plechu z konštrukčnej ocele hrúbky 5 mm. Hriadeľ je tiež vyrobenýz konštrukčnej ocele. Je na ňom narezaný závit M15 pre KM maticu.30

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSObr. 5.4 Model pripojovacej platformy sériovej nadstavby1 - základná platforma, 2 - pripojovací hriadeľ, 3 - napínací člen, 4 - skrutka s maticou a podložkouKozlík sériovej nadstavbyObr. 5.5 Model kozlíka sériovej nadstavby1-teleso, 2-bočnica, 3-napinací členKozlík (Obr. 5.5) je zložený z troch častí: telesa, bočnice a napínacieho člena.Aby bolo možné do telesa vložiť koncový člen spolu s hriadeľom a efektorom, je základnýrám kozlíka navrhnutý ako delený – skladá sa z pevnej časti, a z demontovateľnej bočnice. Natelese kozlíka je takisto priskrutkovaný aj napínací člen.31

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSTeleso sériovej nadstavbyTeleso sériovej nadstavby (obr. 5.6) predstavuje druhú rotačnú os a zároveň slúžina valivé uloženie tretej rotačnej osi. Ide o montovanú zostavu zloženú z vidlice, dvochhriadeľov, ložiskového telesa a napínacieho člena.Obr. 5.6 Model telesa sériovej nadstavby1-vidlica, 2- hriadeľ I, 3- hriadeľ II, 4 – napínací člen, 5 – ložiskové teleso5.1 Návrh kinematických dvojíc sériovej nadstavbyNa nadstavbe (Obr. 5.7) sa nachádzajú tri kinematické dvojice s rotačnými väzbami, ktorébolo treba vyriešiť z hľadiska pohonov aj uloženia.32

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSObr. 5.7 Model kinematických dvojíc na nadstavbe:1 – rotačný kĺb medzi tripodom a sériovou nadstavbou, 2 – rotačný kĺb zabezpečujúci vyklonenie efektora, 3 –rotácia koncového člena okolo vlastnej osiRiešenie prvej kinematickej dvojicePrvá kinematická dvojica (Obr. 5.8) je zložená zo základnej platformy, ktorá jepriskrutkovaná k pripojovacej platforme tripodu, na hriadeľ základnej platformy je vloženeaxiálne ložisko. Do tohto ložiska je vložená remenica, ktorá sa otáča na ložisku s kosouhlýmstykom. Ložisko je poistené KM maticou. K remenici je priskrutkovaný kozlík.Pohyblivosť prvého kinematického uzla je v rozsahu ± 180° od východiskovej polohy. Tentorozsah je determinovaný prívodmi médií (elektrická energia, vzduch) ku ďalšímkinematickým osiam.33

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSObr. 5.8 Model riešenia prvéj kinematickej dvojice1-základná platforma sériovej nadstavby, 2-axiálne ložisko, 3-remenica, 4-ložisko s kosouhlým stykom, 5-KMmatica, 6-štyri skrutky M5Riešenie druhej kinematickej dvojiceDruhá kinematická dvojica (Obr. 5.9) zabezpečuje vyklonenie koncového člena okoloosi kolmej na prvú os rotácie.Prenos krútiaceho momentu od motora je zabezpečený remeňovým prevodom. Telesosériovej nadstavby je uložené v dvojradových guľkových ložiskách SKF 108TN9, ktoré súpoistené poistnými krúžkami.Pohyb druhej kinematickej dvojice je obmedzený prívodom elektrickej energie k motorua konštrukciou nadstavby. Rozsah pohybu je v rozmedzí ±90° z východiskovej polohy .34

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSObr. 5.9 Model druhej kinematickej dvojice1-bočnica kozlíka, 2-poistné krúžoky, 3- dvojradové guľkové ložiská SKF 108TN9, 4-hriadeľ I, 5-vidlica, 6-ložiskové teleso, 7-hriadeľ na pripojenie efektora, 8-hriadeľ II, 9-kozlík,10-remenicaRiešenie tretej kinematickej dvojiceTretia kinematická dvojica (Obr. 5.10) slúži na rotáciu koncového člena (manipulačnéhoefektoru ) okolo vlastnej osi. V prípade aplikácie robota s piatimi stupňami voľnosti sa s toutoosou nepočíta a bude nahradená priamo koncovým členom.Obr. 5.10 Model tretej kinematickej dvojice1-ložiskové teleso, 2-guľkové ložiská SKF 6202, 3-poistné krúžky, 4-výstupný hriadeľ na ktorom budeumiestnený efektor, 5–vidlica,6-axiálne ložisko SKF 51102, 7-remenica35

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSDo ložiskového telesa je vložený hriadeľ, ktorý zároveň slúži aj ako pripevnenie prekoncový manipulačný efektor. Hriadeľ sa otáča na ložiskách SKF 6202. Na konci hriadeľa jepripevnená ozubená remenica. Na zachytenie axiálnych síl slúži axiálne guľkové ložisko SKF51102.Rozsah pohybu koncového člena nie je konštrukčne obmedzený, obmedzený však môžebyť druhom použitého koncového efektoru z dôvodu potreby prívodu média k tomutokoncovému členu.5.2 Návrh pohonovNa pohon osí nadstavby sú použité tri jednosmerné motory EMG30 (Obr. 5.11),s inkrementálnym snímačom a vlastnou redukčnou prevodovkou s prevodovým pomerom30:1.Obr. 5.11 Motor EMG30 [15]Tab. 1Menovité napätieParametre motora12 VMenovitý moment 1,5 kg.cm -1Menovité otáčky 170 min -1Menovitý prúd530 mAOtáčky bez záťaže 216 min -1Menovitý prúd bez záťažePrúd pri nulových otáčkachMenovitý výkon150 mA2,5 A4,22 WPočet impulzov na otáčku výstupného hriadeľa 36036

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSMinimálne otáčky 1,5 min -1Maximálne otáčky 200 min -15.3 Návrh prevodovNa prenos krútiaceho momentu sme navrhli remeňový prevod s ozubeným remeňom.Tieto prevody spájajú výhody remeňových a reťazových prevodov. Obvodová sila sa prenášatvarovým stykom zubov remeňa so zubami remenice odpovedajúcim tvarom zubov použitéhoremeňa. Prevody nemajú sklz, majú presný prevodový pomer a tichý chod. Pri tomto typeprevodu musí mať aspoň jedna z remeníc nákružky pre bočné vedenie remeňa. V našomprípade to bude hnacia remenica.Na výstupe z prevodovky sú použité remenice 21 T5/10 (Obr. 5.12) sostredným priemerom 15,92 mm a počtom zubov 10. Na hriadeľ z prevodovky je prevodovkapripevnená pomocou zverného spoja.Obr. 5.12 Model hnacej remeniceAko hnané remenice sú použité dva typy remeníc. remenica na pohon prvej kinematickej osi (Obr. 5.13)Ako polotovar na výrobu tejto remenice bude použitá normalizovaná remenica 27 T5/40. Na valcovej ploche sa po obvode vyvŕtajú štyri otvory so závitom M5 prepripojenie koníka. Vnútorný priemer sa zväčší pre vloženie ložiska s kosouhlýmstykom. Vonkajší priemer sa zmenší pre axiálne ložisko.37

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSObr. 5.13 Model hnanej remenice (nenormalizovaná) remenica na pohon druhej a tretej kinematickej osi (Obr. 5.14)Je to normalizovaná remenica 21 T5/40Na hriadeli bude upevnená zverným spojom pomocou dvoch skrutiek.Obr. 5.14 Model hnanej remenica – normalizovanáVýpočet prevodového pomeru38

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSDpi (5-1)dp15.92i 63.66i 0.25Minimálne otáčky na výstupen i (5-2)1n minn1 0.251.5n 0,3751 ot/minMaximálne otáčky na výstupen i (5-3)2n maxn2 0,25200n 50 2Prevod prvého uzlaNajskôr si určíme predbežnú osovú vzdialenosť A.A 140 mmUhol opásania β hnacej remenice Dp dpcos 2 2A90 2Výpočtová dĺžka remeňa Lp(5-4) (5-5)63,66 15,92cos 0,1705 80, 182 2140 90 80,18 9. 8239

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSLp 2Acos 0,5( Dp dp) ( Dp dp)180 (5-6) 9,82Lp 2 140cos9,82 0,5(63,66 15,92) (63,66 15,92)180Lp 409 mmnajbližšia dĺžka remeňa je 410 mm volíme remeň 6 T5 – 410Skutočná osová vzdialenosť AA p p2 q(5-7)Výrazy p a q sú dane vzťahmip 0,25Lp (dp Dp)8p 0,25 410 (15,92 63,66)8p 71,24(5-8)q2 0,125(Dp dp)(5-9)q 0,125(63,6615,92)q 284.892A 71,24 71,242 284,89A 144 mmPrevod druhého uzlaVýpočet dĺžky remeňa pre druhú kinematickú os.Pre výpočet sme uvažovali s predbežnou osovou vzdialenosťou A= 120mm.40

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSZo vzorca (5-6) pre výpočet dĺžky remeňa Lp sme vypočítali dĺžku Lp=369,76mmTejto dĺžke vyhovuje ozubený remeň 6 T5 – 390.Potom skutočná osová vzdialenosť A zo vzorca (5-7) sa rovná A=134,6mmPrevod tretieho uzlaVýpočet dĺžky remeňa pre tretiu kinematickú os.Pre výpočet sme uvažovali s predbežnou osovou vzdialenosťou A= 110mm.Zo vzorca (5-6) pre výpočet dĺžky remeňa Lp sme vypočítali dĺžku Lp=350,2mmTejto dĺžke vyhovuje ozubený remeň 6 T5 – 355.Potom skutočná osová vzdialenosť A zo vzorca (5-7) sa rovná A=117,4mm41

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVS6 Návrh manipulačných efektorov a ich umiestnenie napohyblivú platformu robotaĎalším cieľom tejto diplomovej práce bolo navrhnúť rôzne typy manipulačnýchefektorov a ich umiestnenie na platformu robota (Obr. 6.1).Pretože každý výrobca má vlastné rozmery pripojovacích častí, bolo treba riešiť spôsobpripojenia týchto efektorov na sériovú nadstavbu.Obr. 6.1 Rozmery koncového člena sériovej nadstavby pre nasadenie efektora6.1 Mechanické uchopovacie hlavicePri manipulácií s týmito hlavicami budeme uvažovať z maximálnou hmotnosťou súčiastok do0.5kg. Spôsob uchopenia bude za vonkajší povrch súčiastok a súčiniteľ trenia medzi čeľusťoua súčiastkou bude 0,15 0, 20 . Uvažujeme aj so súčiniteľom bezpečnosti, ktorý je pre 2uchopovacie čeľuste rovný K=20.Výpočet skutočnej uchopovacej sily Fu:42

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSFu m g K(6-1)Fu 0,59,8120Fu 98. 1N6.1.1 Mechanická pneumatická uchopovacia hlavicaPrvým typom použitého efektoru je mechanická uchopovacia hlavica MHZ220 od firmy SCM(Obr. 6.2). Pripojovacie rozmery tejto hlavice vyhovujú pripojovacím rozmerom, ktoré sanachádzajú na nadstavbe. Tento efektor sa na nadstavbu pripevní pomocou dvoch skrutiekM5x12 s vnútorným šesťhranom.Jedna čeľusť uchopovacej hlavice typu MHZ220 vyvinie pri tlaku vzduchu 0,6 MPa a dĺžkeramena 20 mm uchopovaciu silu Fu=50N. Pre dve čeľuste je uchopovacia sila Fu=100N čovyhovuje nášmu zadaniu.Jedná sa o pneumatický efektor, preto bude treba pri použití tohto typu efektora zabezpečiť ajzdroj stlačeného vzduchu.Obr. 6.2 Mechanické uchopovacie hlavice MHZ od firmy SMC – pneumatické6.1.2 Mechanická elektrická uchopovacia hlavicaĎalším typom mechanického efektoru je elektrický mechanický efektor GEP1402 (Obr. 6.3)od firmy Sommer-automatic.43

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSUchopovacia hlavica typu GAP1402 vyvinie uchopovaciu silu Fu=140N. Teda vyhovujenášmu zadaniu.Obr. 6.3 Mechanická uchopovacia hlavica GAP1402 od firmy Sommer-automatic- elektrickáPripojovacie rozmery hlavice GAP1402 (Obr. 6.4) nevyhovujú pripojovacím rozmerom,ktoré sa nachádzajú na nadstavbe. Bude preto potrebne vyrobiť pripojovaciu prírubu.Obr. 6.4 Pripojovacie rozmery GAP14026.2 Podtlaková uchopovacia hlavicaĎalšou možnosťou použitia uchopovacej hlavice pre daného robota je použitie podtlakovejuchopovacej hlavice. Aj pri tomto type sme uvažovali s maximálnou hmotnosťou súčiastkydo 0.5 kg. Rozmer vhodnej prísavky sme potom vypočítali zo vzorca pre výpočet priemeruprísavky D (6-2).44

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSD 4mg s 1000 p n(6-2)D – priemer prísavky (mm)p - vákuum (kPa)m- hmotnosť súčiastky (kg)g – gravitačne zrýchlenie (g = 9.81 ms -2 )n – počet prísaviek (ks)s – súčiniteľ bezpečnosti (pre zvislý a vodorovný pohyb 4)D 40.59,8141000 651D 19.6mm zvolili sme prísavku ZP20BF s priemerom priemer 20mm.Prísavka sa na nadstavbu pripája priamo pomocou závitu M6.45

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVS7 ZáverDiplomová práca sa zaoberá problematikou mechanizmov s paralelnou a hybridnoukinematikou pre použitie v robotických aplikáciách..V prvej časti sme sa zamerali na všeobecný prehľad sériovej, paralelnej a hybrid- nejkinematiky. Ďalej je uvedený prehľad používaných manipulačných efektorov.Nasleduje návrh hybridnej kinematickej štruktúry s využitím tripodickej paralelnejkinematiky, ktorý je v súčasnosti riešený na Katedre automatizácie a výrobných systémovStrojníckej fakulty ŽU v Žiline.Cieľom diplomovej práce bolo spracovať konštrukčný návrh nadstavby so sériovoukinematikou pre nasadenie na paralelnú časť trivariantu a návrh manipulačných efektorova ich pripojenia na sériovú nadstavbu. Nadstavba bola riešená z hľadiska konštrukcie, ktorázahŕňa riešenie jednotlivých rotačných osí, ich pohon a prevodový mechanizmus. Ako pohonyboli použité jednosmerné servomotory. Tieto motory boli vybraté kvôli zjednodušeniuriadiaceho systému, pretože pohony na paralelnej časti sú navrhnuté tiež ako jednosmerné.Pre prenos krútiaceho momentu bolo najvhodnejšie navrhnúť prevody s ozubených remeňmi,ktoré spájajú výhody remeňových a reťazových prevodov, pretože nemajú sklz a majúzaručený presný prevodový pomer. Hlavné požiadavky na sériovú nadstavbu bolijednoduchosť konštrukcie, malé rozmery a nízke finančné nároky na výrobu jednotlivýchčastí. Nadstavba má tri stupne voľnosti, rotácia celej nadstavby je v rozsahu ± 180 stupňov,vyklonenie manipulačného efektoru je v rozmedzí ± 90 stupňov. Rotácia koncového člena jeprakticky neobmedzená, ale do budúcna bude potrebné riešiť problém prívodu médií(elektrickej energie, vzduchu, ...) ku koncovému efektoru.V prílohe sa nachádza zostavný výkres sériovej nadstavby, výrobné výkresy hlavných častía CD nosič s 3D modelom nadstavby spracovanej v systéme Pro/ENGINEER.46

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSPoužitá literatúra:[1] POPPEOVÁ, V. et al.: Automatizácia strojárskej výroby. 1. vydanie, EDIS ŽUv Žiline, 2002, 230 s., ISBN 80-8070-009-5[2] KNOFLÍČEK, R., PLŠEK, L.: Paralelní kinematické struktury výrobních strojůa průmyslových robotů. Brno, VUT Brno, 2006[3] Merlet, J.-P.: Parallel robots. Kluwer Academic Publisher, Dordrecht, 2000, p.327, ISBN 0-7923-6308-6[4] RUMÍŠEK, P.: Automatizace (roboty a manipulatory), VUT Brno, 2003[5] PALKO, A.,SMRČEK, J., TULEJA, P.: Koncové efektory pre roboty IV,Strojarstvo,03/2006, ISSN1335-2938[6] GALIK, I.: Konštrukčný návrh školského hexapodu, Diplomová práca, ZU Žilina2005[7] http://www.kovosvit.cz/trijoint/czech/cpopis.php[8] MAREK, J.: Obráběcí centra s nekonvenční kinematickou strukturou. In: MMPrůmyslové spektrum, speciální vydání – Konstrukce CNC obráběcích strojů -Září 2006, Praha, MM publishing, p. 234-243, pp. 282, ISSN 1212-2572[9] http://www.parallemic.org/Material//GoughPlatform.gif[10] KMECOVÁ, S.: Spracovanie výučbového systému o paralelných kinematickýchštruktúrach strojov, Diplomová práca, ZU Žilina 2002, str. 8[11] http://www.parallemic.org/Material//PI-M-850-hexapod.jpg[12] http://www.abb.com[13] http://www.parallemic.org/Reviews/Review002.html[14] http://www.abb.com[15] http://www.snailinstruments.com[16] http://www.smc.sk[17] http://www.skf.com[18] http://www.sommer-automatic.de[19] LIENVEBER, J., ŘASA, J.,VÁVRA, P.: Strojnicke tabulky. 3. vydanie, ScientiaPraha, 1999, 985 s., ISBN 80-7183-164-647

Žilinská univerzita Diplomová práca KAVSZoznam príloh:[1] Výkresová dokumentácia[2] CD médium48