Hincz tefan-Roland

UNIVERSITATEA DIN ORADEAFACULTATEA I.M.T.SPECIALIZAREA: R.I.

Proiect la Construcia Sistemului Mecanic al Robotului Industrial

ndrumtor proiect:

Prof.dr.ing. Tripe V. Aron

Student:

Hincz tefan RolandGrupa: 841

2009-2010

1

Hincz tefan-Roland

Cuprins

1. Tema Proiectului 2. Introducere 3. Structura generala a sistemului mecanic al unui robot 4. Schema cinematic a robotului 5. Planul de amplasament 6. Ciclul de funcionare7. 8. 9.

Calculul dimensiunii libere a obiectului manipulat Orientarea piesei de manipulat Calculul reaciunilor la dispozitivul de prehensiune10.

Calculul diametrului pistonului Determinarea diametrului pistonului

11.

12. Bibliografie

Anexe: Exemple de roboi industriali Desenul obiectului de manipulat Desenul dispozitivului de prehensiune

2

Hincz tefan-Roland

1. Tema Proiectului:S se proiecteze un modul de translaie, rotaie, orientare, efector final din structura unui robot industrial avnd urmtoarele caracteristici: Tipul structurii lanului cinematic al RI este: TRT-R + EF cu MM. Poziia modulului n lanul cinematic al RI Tipul acionrii: hidraulic Transmisii mecanice utilizate: roi dinate cilindrice, roi dinate conice, angrenaj melc-roat melcat, transmisie armonic, mecanism urub piuli. Masa oboecului de manipulat: mob = 1 + n = 1 + 9 = 10 Kg. Viteza liniar de deplasare: vc = (3 + n) 10 = (3 + 9) 10 = 120 mm/s. Viteza unghiular: = (3 + n) 5 = (3 + 9) 5 = 60 grd/s. Viteza rapid: v r = 2 vc = 2 120 = 240 mm/s. Viteza unghiular rapid: r = 2 = 2 60 = 120 grd/s. Cursa liniar: C = 200 + 5 n = 200 + 5 9 = 245 mm Unghi de rotaie: = 180 + 5 n = 180 + 5 9 = 225 grd. 5 5 5 2 Presiunea uleiului: p = (100 + 5 n) 10 = (100 + 5 9) 10 = 145 10 N / m Tensiunea de alimentare U=180 V. Coeficientul de frecare n ghidaje: = 0,1 . n=9.

3

Hincz tefan-Roland

2. IntroducereRobotul industrial reprezint un sistem fizic, programabil ce este capabil s realizeze diferite operatii i secvene de operaii de manipulare a unor scule, piese sau subansamble. Un robot este este un operator mecanic sau virtual, artificial. Robotul este un sistem compus din mai multe elemente: mecanic, senzori i actori precum i un mecanism de direcionare. Mecanica stabilete nfiarea robotului i micrile posibile pe timp de funcionare. Senzorii i actorii sunt ntrebuinai la interacia cu mediul sistemului. Mecanismul de direcionare are grij ca robotul s-i ndeplineasc obiectivul cu succes, evalund de exemplu informaiile senzorilor. Acest mecanism regleaz motoarele i planific micrile care trebuiesc efectuate. Sensul cuvntului s-a schimbat de-alungul timpului. Termenul robot (din ceh robot) a fost utilizat de Josef apek i Karel apek n lucrrile lor de science fiction la nceputul secolului 20. Cuvntul robot este de origine slav i se poate traduce prin: munc, clac sau munc silnic. Karel apek a descris n piesa sa R.U.R. din anul 1921 muncitori de asemnare uman, care sunt crescui n rezervoare. apek folosete n lucrarea sa motivele clasice de golem. Denumirea de astzi a creaturilor lui apek este de android. naintea apariiei termenului de robot s-au utilizat de expemplu n uzinele lui Stanisaw Lem termenii automat i semiautomat. Istorie Bazele roboilor de azi stau mult mai departe. Primele modele de maini pot fi mai degrab numite automate (provenind din grecescul automatos, care se mic singur). Acestea nu puteau executa dect cte un singur obiectiv, fiind constrnse de construcie. Matematicianul grec Archytas a construit, conform unor relatri, unul dintre aceste prime automate: un porumbel propulsat cu vapori, care putea zbura singur. Acest porumbel cavernos din lemn era umplut cu aer sub presiune. Acesta avea un ventil care permitea deschiderea i nchiderea printr-o contragreutate. Au urmat multe modele dealungul secolelor. Unele nlesneau munca iar altele deserveau la amuzamentul oamenilor. Cu descoperirea ceasului mecanic din secolul XIV s-a deschis calea unor posibiliti noi i complexe. Nu mult dup aceea au aprut primele maini, care semnau ndeprtat cu roboii de azi. Posibil era ns numai4

Hincz tefan-Roland

ca micrile s urmeze una dup alta, fr s fie nevoie de intervenia manual n acel sistem. Dezvoltarea electrotehnicii din secolul XX a adus cu sine i o dezvoltare a roboticii. Printre primii roboi mobili se numr sistemul Elmer i Elsie construit de William Grey Walter n anul 1948. Aceste triciclete se puteau ndrepta spre o surs de lumin i puteau s recunoasc coliziuni n mprejurimi. Anul 1956 este considerat ca anul naterii a robotului industrial. George Devol a depus candidatura n acest an n SUA pentru un patent pentru "transferul programat de articole". Civa ani dup aceea a construit mpreun cu Joseph Engelberger UNIMATE. Acest robot de cca. dou tone a fost mai nti introdus n montarea de iconoscoape pentru televizoare, gsindu-i apoi drumul n industria automobil. Programele pentru acest robot au fost salvate sub form de comenzi direcionate pentru motoare pe un cilindru magnetic. Din acest moment se introduc roboi industriali ca UNIMATE n multe domenii ale produciei fiind permanent dezvoltai mai departe pentru a putea face fa cererilor complexe care li se impun.

3. Structura generala a sistemului mecanic al unui robotDispozitivul de ghidare (D.G.) are funcia de a conferii efectorului final micrile i energia mecanic aferente acestor micri n conformitate cu aciunea necesar a se efectua asupra mediului. Aciunea robotului asupra mediului poate fi de manipulare a unor obiecte, sau una de prelucrare a acestora. Dispozitivul de ghidare este constituit la rndul su din dou elemente principale: mecanismul generator de traiectorie (M.G.T.) i mecanismul de orientare (M.O.). Efectorul final (E.F.) are funcia de a solidariza obiectul manipulat de un element al dispozitivului de ghidare asigurnd acestuia o situare relativ bune determinate, meninut n timp. Efectorul final care manipuleaz obiecte se numeste dispozitiv de prehensiune. Mecanismul generator de traiectorie (M.G.T.) se defineste ca spaiul de lucru, locul geometric care conine mulimea poziiilor posibile ale punctului caracteristic. Spaiul de lucru este delimitat de puncte, linii sau suprafee. Mecanismul de orientare joac rolul articulaiei carpiene a omului. El realizeaz rotirea obiectului n jurul a trei axe perpendiculare concurente ntr-un punct. Aceste micri de rotaie, poart numele generic de micri de orientare n funcie de axa n jurul creia se realizeaz. Dispozitivul de prehensiune are rolul de a transmite i transforma micarea unui element conductor micare conferit acestuia de5

Hincz tefan-Roland

elementul de acionare la degetele care constituie elementele conduse ale mecanismului.

6

Hincz tefan-Roland

Schema bloc a structurii unui robot:

Fig. 1 Schema bloc a structurii unui robot Sistemul de comanda emite comenzi ctre sistemul de acionare i prelucreaz n vederea acestui scop informaii provenind de la sistemul mecanic, de acionare i de la mediu, i are drept scop stabilirea succesiunii parametrilor, duratei micrilor elementelor sistemului mecanic. El joac rolul sistemului nervos al omului. Sistemul de acionare are drept scop punerea n micare a elementelor sistemului mecanic (a cuplelor cinematice). El joac rolul sistemului muscular al omului. Sistemul de acionare are rolul de a impune obiectului manipulat micarea dorit. El joac rolul sistemului osos al omului. Sistemul de preparare al energiei asigur energie hidraulic, pneumatic sau electric necesar sistemului de acionare. El joac rolul aparatului digestiv, respirator i circulator al omului. Traductoare i aparate de msur recepioneaz i furnizeaz sistemului de comand informaii despre starea intern a elementului robotului: poziii i micri relative ale sistemului mecanic, parametrii funcionali ai sistemului de acionare. Senzorii recepioneaz i furnizeaz informaii sistemului de comand despre starea extern a robotului: parametrii mediului i aciunea acestuia asupra robotului. Senzorii joac rolul organelor de sim ale omului.7

Hincz tefan-Roland

Prin mediu al robotului se nelege spaiul n care acesta evolueaz, cu obiectele coninute i cu fenomenele care au loc n acest spaiu. Sistemul mecanic are rolul de a impune obiectului manipulat micarea dorit, dintr-un punct iniial ntr-un punct final (punct int), ntr-o anumit orientare, funcie numit situare. Sistemul mecanic al robotului este format dintr-o serie de subsisteme.

Fig. 2

8

Hincz tefan-Roland

Fig. 3 Algoritm de proiectare a sistemului mecanic R.I

9

Hincz tefan-Roland

4. Schema cinematic a robotului

Fig. 4 Schema cinematic a robotului

10

Hincz tefan-Roland

5.

Planul de amplasament

11

Hincz tefan-Roland

6. Ciclucl de funcionareNr. Crt. Secvena de Explicata cupla-funcional lucru 0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-24 24-25 25-26 26-27 27-28 28-29 29-30 30-31 31-32 Apropiere cupla C Coborre cupla A Prindere SF-Ef Ridicare cupla A Retragere cupla C Rotire cupla B Apropiere cupla C Rotire cupla C Coborare cupla A Desprindere SF-ef Retragere cupla C Apropiere cupla C Prindere SF-Ef Retragere cupla C Rotire cupla B Rotire cupla C Coborare cupla A Desprindere EF Retragere cupla C Rotire cupla B Ridicare cupla A Retragere cupla C Apropiere cupla C Coborare cupla A Retragere cupla C Rotire cupla B Rotire cupla C Coborare cupla A Ridicare cupla A Retragere cupla C Rotire cupla B Retragere EF Cursa Viteza [mm/s] 245 245 245 245 200 245 200 245 245 245 245 200 200 245 245 245 200 245 245 245 245 200 200 245 200 200 200 245 245 240 240 240 240 120 240 120 240 240 240 240 120 120 240 240 240 120 240 120 120 240 240 240 120 240 240 120 120 240 Timp[s] Acceleratia [m/s2] 0,23 0,23 0,23 0.23 0,08 0,23 0,08 0,23 0,23 0,23 0,23 0,08 0,08 0,23 0,23 0,23 0,08 0,23 0,06 0,06 0,23 0,28 0,28 0,06 0,28 0,28 0,08 0,06 0,23

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

1,02 1,02 1,02 1,02 1,43 1,02 1.43 1,02 1,02 1,02 1,02 1,43 1,43 1,02 1,02 1,02 1,43 1,02 2,00 2,00 1,02 0,83 0,83 2,00 0,83 0,83 1,43 2,00 1,02

12

Hincz tefan-Roland 7.

Calculul dimensiunii libere a obiectului manipulat

Fig. 5 Pies de manipulatd =5 m 0 m D =12 m 0 m l =5 m 0 m

Date iniiale:

L =?

Cerine:

VO B= V1 + V2 2 2 ( m V ) 4 ( 1 0 0,3 9 ) 2 4 5 3 ,84 3 d 3,1 40,5 3 L= O B 1 = = = 1,1 1 d8 m4 V1 = l = 0,5 = 0,3 9 d2 m5 D 2 3,1 41,2 2 7,6 3 ,43 6 4 4 D2 V2 = L 4 L 112 mm

mO B= Vo b

13

Hincz tefan-Roland

8. Orientarea piesei de manipulatPiesa de manipulat se situeaz cu axa de simetrie orizontal, prins ntre bacurile dispozitivului de prehensiune pe diametrul mic (d), ca n figura de mai jos.

Fig. 6.

14

Hincz tefan-Roland

9. Calculul reaciunilor la dispozitivul de prehensiune2 F f > GOB + Fi Ff = N

N= sin

S sin 2 2

N = 2 S /2S 2 2

Ff =

S sin

= mOB g + mOB 2 2

Se consider v = ct a =

vr tt= C 245 = = 1,02 vr 240

s

a=

vr 240 = = 235 ,29 mm / s 2 0,24 m / s 2 t 1,02

= 90 S= mOB ( g + a ) 10 ( 9,8 + 0,24 ) 10 ( 9,8 + 0,24 ) 10 10,04 100 ,4 = = = = = 1434 ,28 N 0,1 sin 45 0,1 0,70 0,07 2 sin 0,1 2 2 Ff = k =1,3

S 1434 ,28 sin = 0,1 0,70 = 0,1 717 ,14 0,70 = 50,20 N 2 2 2

- coeficient de siguranS final = k S =1,3 1434 ,28 =1864 ,56 N

S a ' = FB b ' FB = S a' =

a' b'

D 120 + 20 = + 20 = 80 mm 2 2

a' < 1 b' > a ' b' > 80 , b' FB = S

se alege b' =100 mm

a' 80 = 1434 ,28 = 1434 ,28 0,8 = 1147 ,42 N b' 100

15

Hincz tefan-Roland

3 Fu = 1 1 ,44 207,5 =7 6 5,0 4N2 = 3 0 t g = t g3 0= = 0,5 7 3

Fu = FB t g

10. Calculul diametrului pistonuluiFu = F p FR = 80% F p = DM =2 DM 80 p 100 4

Fu 100 654 ,02 100 3,14 = = 0,000045 1,25 0,785 p 80 4 4 145 10 5 80

= 0,000441 = 0,021m = 21mm

11. Calculul bolurilor

de

dimensionare

al

degetelor

i

Dimensiunile bolurilor

Fig. 7

16

Hincz tefan-Roland

d B2 4 S S = n i a f dB = 4 i a f 4 1 4 ,32 48 a fO L4 C5= 0,3 C = dB = 2 3,1 4 6 0 C = 2 0 d0 a /Nc m2 0 2 2 a f = 6 0d 0a /Nc m = 6 0 / m m N5 7 ,31 7 2 = 1 ,52 2= 3,9 m m 0 3 7,86d Bfinal =1,5 d B = 5,85 6mm

Not: toate diametrele bolului se consider egale.

Dimensiunile degetului

Fig. 8 Degetul este supus la ncovoiere.

( h d Binal ) l M i M W= i = ai 6 ai2

ai OLC 45 = 500 daN / cm 2 = 50 N / mm 2 M i = S a ' = 1434 ,28 80 = 114742 ,4 N mm

Constructiv se alege una din cotele h sau l. n cazul de fa se alege l mai mic sau egal cu lungimea zonei de prindere i egal cu limea prismei bacului. l=35mm conform STAS 881/80

(h d

Bfinal

)

2

=

6M i 6M i 6M i h d Bfinal = h = + d Bfinal l ai l ai l ai 688454 ,4 + 6 = 393 ,40 + 6 = 19,83 + 6 = 25,83 26 mm 1750

h =

6 114742 ,4 +6= 35 50

17

Hincz tefan-Roland

12.

Bibliografie

Construcia sistemului mecanic al roboilor industriali, Tripe V.A Curs Introducere n Robotic, arc R.C, Oradea 2003 Proiectarea sistemului mecanic al roboilor industriali, Tripe V.A Curs Internet: Wikipedia http://www.eurobots.net/desc/id/103/KUKA-KR-100-P---KR100Probots-en.html http://www.eurobots.net/desc/id/55/Kawasaki-JS-10--robotsen.html http://www.abb.com/product/seitp327/9727dbd18e84d3e7c125706 1002b3c1b.aspx http://www.abb.com/product/seitp327/b8000efc980e9ffcc1256fba0 0366477.aspx http://www.abb.com/product/seitp327/8c73a1fa083fb25fc12574dc 0045a9af.aspx

18

Hincz tefan-Roland

Anexe Robot Kuka KR 100Spaiul de lucru

Date tehniceTipul robotului ncheietura Sarcina util (Kg) Sarcina suplimentar maxim (Kg) Sarcin total distribuit (Kg) Lungimea braului (mm) KR 60 P/1, /2 ncheietur n linie 60 30 90 1400 KR 100 P/1, /2 ncheietur n linie VA6 100 50 150 1400

19

Hincz tefan-Roland

Kawasaki Js-10Spaiul de lucru

20

Hincz tefan-Roland

Date tehniceModel Grade de mobilitate Axul JT1 JT2 JT3 JT4 JT5 JT6 Js-10 6 Raza Viteza maxim 180/sec 120/sec 180/sec 260/sec 280/sec 600/sec

320 260 Raza axelor i Viteze maxime 560 540 360 540 Sarcina util (lbs) 10 Kgf (22,05) Pivotare (JT4) 2,2 Kgf.m Sarcina util a ndoire (JT5) 2,2 Kgf.m ncheieturilor Rsucire (JT6) 1,0 Kgf.m Repetabilitate 0,1 mm (0,04) Viteza maxim de interpolare 1500 mm/sec Motor conductor Servo-motor de c. a. fr perii Greutatea braului 150 Kgf Tubulatur/cablaj pentru un circuit dublu magnetic (Tubulatur/cablaj Funcii pentru dou circuite dublu magnetice) ncorporate Cablaj de senzori pentru 4 circuite Zona de montare Podea, tavan, suspendat Sistem anti-praf simplificat (Funcie Altele de epurare aer, funcie de vacum) Not: elementele din parantez sunt opionale

21

Hincz tefan-Roland

ABB IRB 260

Spaiul de lucru

22

Hincz tefan-Roland

Date tehniceSpecificri Mas de manipulat Ajunge la Numrul axelor Aprovizionare de semnal integrat Aprovizionare de aer integrat Performane Repetabilitate Micrile axelor Axul 1 Rotaie Axul 2 Bra Axul 3 Bra Axul 6 ntoarcere Date fizice nlimea total Baya de manipulare Mas totale Mediu de lucru Temperatura Umiditate relativ Grad de protecie Nivel de zgomot Emisii 30 Kg 1,56 m 4 23 poli, 50V DC 10 poli, 250V AC Max. 8 bar 0,1 mm Raza de lucru 180 De la +85 la -28 De la +119 la -17 300 1493 mm 723X600 mm 340 Kg De la +5C pna la -45C Max. 95% IP 67 Max. 70 dB Protejat EMC/EMI Viteza maxim 153/sec 175/sec 153/sec 354/sec

23

Hincz tefan-Roland

ABB IRB 6650S-90

Spaiul de lucru

24

Hincz tefan-Roland

Date tehniceSpecificri Mas de manipulat Ajunge la Centrul de greutate Momentul ncheieturii Numrul axelor Performane Repetabilitate Micrile axelor Axul 1 Rotaie Axul 2 Bra Axul 3 Bra Axul 4 ncheietur Axul 5 ndoire Axul 6 Rsucire Conecsiuni electrice Tensiune de alimentare Consum de curent Date fizice nlimea total Baza de manipulare Mediu de lucru Temperatura de funcionare Temperatura de depozitare i tranportare Temperatura pe termen scurt (max. 24h) Umiditate relativ Grad de protecie Nivel de zgomot Siguran Emisii Opiuni 90 Kg 3,9 m 360 mm 495 Nm 6 0,13-0,14 mm Raza de lucru 180 De la +160 la -40 De la +70 la -180 300 120 300 200/600V, 50/60Hz 2,4 KW 2275 mm 1136X790 mm De la +5C pna la +52C De la -25C pna la +55C Pna la +70C Max. 95% IP 66 i IP 67 Max. 73 dB Circuit dublu de supraveghere, buton de oprire de urgen, funcii de siguran Protejat EMC/EMI Turntorie Plus Viteza maxim 100/sec 90/sec 90/sec 150/sec 120/sec 235/sec

25

Hincz tefan-Roland

ABB IRB 4600-60

Spaiul de lucru

26

Hincz tefan-Roland

Date tehniceDomeniu de utilizare: Manipulator, sudur cu arc electric, tiere, distribuie, asamblare, paletizare i impachetare, msurare, polizare Specificri Sarcina util 60 Kg Mas de manipulat 20 Kg Ajunge la 2,05 m Numrul axelor 6+3 extern (pn la 36 cu MultiMicri) Montare Podea Performane Repetabilitate de poziie 0,05-0,06 mm Repetabilitate de traseu 0,13-0,46 mm Micrile axelor Raza de lucru Viteza maxim Axul 1 Rotaie 180 175/sec Axul 2 Bra De la +150 la 175/sec -90 Axul 3 ncheietur De la +75 la 175/sec -180 Axul 4 Rotaie 400 250/sec Axul 5 ndoire De la +120 la250/sec 125 Axul 6 Rsucire 400 360/sec Conecsiuni electrice Tensiune de alimentare 200/600V, 50/60Hz Date fizice nlimea total 1727 mm Baza de manipulare 512X676 mm Greutate De la 412 la 435 Kg Mediu de lucru Temperatura de funcionare De la +5C pna la +52C Temperatura de depozitare i tranportare De la -25C pna la +55C Temperatura pe termen scurt (max. 24h) Pna la +70C Umiditate relativ Max. 95% Grad de protecie IP 67 standard, opional Foundrz Plus 2 Siguran Circuit dublu de supraveghere, buton de oprire de urgen, funcii de siguran Emisii Protejat EMC/EMI

27