Sistemul mecatronic a unui Robot TRR

(Translatie Rotatie Rotatie)

Vlaic Morena

S.I.A. 143

Structura mecanica si organologica

Sistemul mecanic al roboilor industriali corespunde braului i mainii umane (figura 46). Sistemul mecanic este constituit dintr-un lan cinematic format din elemente rigide interconectate prin cuple de rotaie sau translaie care permit micarea lor relativ. Captul inferior al lanului cinematic este fixat in batiu, iar capul superior susine mana robotului respectiv dispozitivul de prehensiune sau scul sau gripper.Se urmrete ca structura mecanic s asigure:- O mobilitate cat mai mare (determinat de antropomorfism);Antropomorfismul se definete ca fiind asemnarea dintre caracteristicile braului robotic i braul omului.- Greutate cat mai mic,- Suplee;- Randament energetic ridicat.

Fig 1.Sistemul mecanic al robotilor industriali

Efectorul final solidarizeaz obiectul manipulat de un element al lanului cinematic de ghidare.Lanul cinematic de ghidare realizeaz deplasarea efectorului final dintr-o poziie in alta, genereazo anumit traiectorie in concordan cu cerinele procesului tehnologic in care se integreaz. In spaiul tridimensional un corp material are 6 grade de libertate. Deplasarea dintr-o poziie in alta, bine determinat, este posibil prin modificarea convenabil a tuturor celor 6 parametri scalari. Lanul cinematic de ghidare ar trebui s aib 6 grade de mobilitate. Lanul cinematic de ghidare este un lan cinematic deschis(Fig2). Toate prile din care este construit structura mecanic a unui robot se consider generic de elemente presupuse solide rigide (numerotate de la 0 la 4). Posibilitatea micrilor relative ale elementelor se asigur prin legturile dintre acestea numite cuple cinematice (notate cu A; B; C ). Se poate considera c numrul gradelor de libertate (identic

cu numrul gradelor de mobilitate) este egal cu numrul cuplelor cinematice de rotaie sau de translaie.

Fig 2.Robotul TRR studiat

Fig.3 Imagine 3D a robotului TRR studiat

Fig 4.Exemple de cuple cinematice la robotul TRR

Punctul obiectului manipulat, arbitrar ales, utilizat la stabilirea legilor de distribuie a vitezelor i acceleraiilor, in scopul micrii generale spaiale a corpului prins in dispozitivul de prehensiune se numete punct characteristic(Figura 5).

Fig 5. Punctul obiectului manipulate

O dreapt care aparine obiectului manipulat i trece prin punctulcaracteristic, folosit pentru descrierea micrii, poart denumirea de dreapt caracteristic (DC - d1). Punctul caracteristic este un punct virtual ales de proiectant pentru studiul micrii mecanismului generator de traiectorie. Acest punct se alege pe axa longitudinal a ultimului element al lanului cinematic laincheietura mainii pe scul (Figura 6).

Fig 6.Punctul characteristic

Partea lanului cinematic de ghidare care realizeaz modificarea poziiei punctului caracteristic (PC) reprezint mecanismul generator de traiectorie. In principiu acesta trebuie s aib gradul de mobilitate 3, realizand modificarea celor 3 coordonate carteziene ale punctului caracteristic. Acea parte a dispozitivului de ghidare care servete la orientarea dreptei caracteristice d1, dup o succesiune de direcii impuse, se numete mecanism de orientare. Mecanismul de orientare in principiu are tot 3 grade de mobilitate. Deci dispozitivul de ghidare trebuie s aib minimum ase grade de libertate pentru a realiza poziionarea i orientarea unui corp (pies sau scul ) in spaiu. In anumite cazuri particulare el poate s aib i mai puin de ase grade de libertate (ca in cazul corpurilor cilindrice , cand un grad de libertate nu-i mai justific existena datorit simetriei fade axa cilindrului, situaie in care cinci grade de libertate sunt suficiente ) sau mai mult de ase grade de libertate atunci cand robotul trebuie s execute anumite operaii care necesit o mareversatilitate (ca in cazul vopsirii). In marea majoritate a cazurilor dispozitivul de ghidare este constituit dintr-un lan cinematic deschis dar exist i situaii cand se combin un lan cinematic inchis (patrulater articulat) cu unul deschis.

Structura Cinematica

Structura unui sistem de control a mi crii a evidentiat faptul ca cel mai utilizat element in blocul de acionare este motorul electric rotativ. In cosecin, in studiul elementelor de mecanic a sistemelor de control al micrii vom porni la studiul forelor i momentelor actionand la nivelul arborelui acestui motor.

Fore i momente ale robotului TRR

m2=0.2kgm3=0.4kgm4=0.2kgmA=0.5kgmB=1.1kgmC=0.7kgL2=0.22mL3= 0.5mL4= 0.22m

Fig 7. Schema cinematica a robotului TRR

Acionarea Robotului TRRSistemul de actionare al unui robot cuprinde totalitatea surselor energetic ale robotului precum si elementele de control direct ale acestora. In acest sens, prin sistem de actionare se va intelege ansamblul motoarelor si convertoarelor prin care se obtine energia mecanica necesara deplasarii robotului precum si dispozitivele suplimentare ce controleaza acest transfer energetic.Un astfel de sistem va cuprinde :- o sursa primara de energie ;- un sistem de conversie al energiei primare in energie mecanica ;- un sistem pentru transmisia energiei mecanice la articulatia corespunzatoare ;- un control al parametrilor caracteristici ale acestor sisteme.Sistemele uzuale de actionare folosesc trei surse primare de energie :electrica , pneumatica sau hidraulica. Procentual, cel mai mare numar de sisteme de roboti industriali moderni utilizeaza actionarea hidraulica datorita unor caracteristici deosebite pe care aceste echipamente le ofera in ceea ce priveste raportul dintre forta exercitata la dispozitivul motor si greutatea acestuia. O arie larga o au deasemenea actionarile electrice, utilizate indeosebi datoritafacilitatilor de control pe care le pot asigura. Actionarea pneumatica ocupa o pondere redusa in aceasta directie , ea fiind de obicei utilizata in sistemele de comanda ale dispozitivelor auxililiare.

Fig 8. Structura generala a unui sistem de actionare a unui Robot

Sisteme de actionare electrica

Desi mai putin utilizata decat actionarea hidraulica, actionarea electrica ocupa o arie suficient de intinsa la robotii industriali datorita urmatoarelor avantaje principale :a) sursa de energie electrica primara este usor de gasit;b) sistemele de control sunt precise, sigure si relativ usor de cuplat la o conducere numerica la nivel inalt;c) se poate asigura o functionare autonoma prin alimentarea cu baterii;d) nu se impun probleme specifice de poluare.

Comanda robotului TRR cu ajutorul controlerelor logiceProgramabile

Fig 9. Structura unui echipament cu logic programat

Programul, care este expresia algebric a schemei logice este implementat in memorie prin intermediul echipamentului de programare. Semnalele de intrare acced in unitatea central prin intermediul interfeei de intrare, iar semnalele de ieire spre proces sunt transmise printr-o interfa de ieire.