WORKING MODEL 2DInstrukcja laboratoryjna 3.

Wstęp teoretyczny.

Kiśći chwytaki robotówKiściąsferycznąlub sprzęgiem manipulatora nazywa sięprzegub pomiędzy ramieniem a

dłonią, zaznaczyćnależy, iżprzeguby kiści sąprawie zawsze obrotowe. Wiele manipulatorówwyposażonych jest w kiśćsferyczną, której osie przegubów przecinająsięw jednym punkcie.Schemat kiści sferycznej przedstawiono na rys.1 Kiśćo takiej strukturze w dużym stopniuupraszcza analizękinematyki manipulatora oraz pozwala w prosty sposób rozdzielićpozycjonowanie i orientowanie obiektu.

Uważa się, iżjednym z najważniejszych elementów manipulatora jest końcówka robocza,często nazywana efektorem lub chwytakiem, natomiast ramięi kiść, tworzące manipulator, sąużywane przede wszystkim do pozycjonowania końcówki roboczej i narzędzia.

Struktura (OOO)

O - odchylenie (yaw)O - nachylenie (pitch)O - obrót (roll)

Rys.1 Schemat kiści sferycznej

Chwytak jest niezbędnym wyposażeniem jednostki kinematycznej maszynymanipulacyjnej wykonującej w procesie produkcyjnym zadanie transportowe.

Zadanie transportowania obiektu przez maszynęmanipulacyjnąskłada sięz trzechelementarnych czynności:

pobrania obiektu trzymania obiektu w trakcie jego transportowania uwolnienia obiektu w miejscu docelowym

Chwytak jest urządzeniem nakładającym na transportowany obiekt tyle ograniczeńswobody ruchu, ile potrzeba do zapewnienia pożądanego w danym procesie produkcyjnymprzebiegu transportowania. Ograniczenia swobody ruchu transportowego obiektu realizowanesądwoma sposobami:

przez wytworzenie pola siłdziałających na obiekt - chwytanie siłowe (rys.2); przez wytworzenie połączeńmiędzy elementami chwytaka i obiektem, których

więzy odbierająobiektowi żądanąliczbęstopni swobody - chwytanie kształtowe(rys.3).

1. obiekt manipulacji 2. elementy chwytające 3. nasadki na obiektRys.2 Sposób chwytania siłowy Rys.3 Chwytanie kształtowe

Oba sposoby oddziaływania powinny byćna tyle skuteczne, aby w czasie transportowania,na skutek powstania siłodśrodkowych i bezwładności, obiekt nie zmieniłprzypadkowoswego położenia względem określonych elementów chwytaka.

Ogromna różnorodnośćobiektów manipulacji sprawiła, że chwytaki sąobecnie najbardziejzróżnicowanym konstrukcyjnie zespołem maszyny.

Wiele czynników ma zasadniczy wpływ na uchwycenie obiektu np. właściwościmanipulowanego obiektu, właściwości chwytne chwytaka, błąd wzajemnego ustawieniaobiektu i chwytaka przez jednostkękinematycznąmaszyny manipulacyjnej.

Istotny wpływ na warunki uchwycenia obiektu mająnastępujące właściwości obiektu:masa, położenie środka ciężkości, moment bezwładności, kształt i parametry geometryczne,tolerancje wykonania miejsc uchwycenia, odpornośćna naprężenia zewnętrzne.

Klasyfikacja chwytaków

W tym podpunkcie zaproponowano następujące kryteria podziału rozwiązańkonstrukcyjnych chwytaków maszyn manipulacyjnych:

realizowany sposób chwytania budowę parametry użytkowe system mocowania i wymiany w jednostce kinematycznej maszyny manipulacyjnej wyposażenie dodatkowe.

Ze względu na realizowany sposób chwytania wyróżnia sięchwytaki: siłowe, sposób chwytania siłowego przedstawiono na rys.2 kształtowe, sposób chwytania kształtowego przedstawiono na rys.3

W przypadku chwytaków siłowych siły oddziałujące na obiekt manipulacji mogąbyćtypu: naprężającego (ściskającego, rozciągającego) przyciągającego

Ze względu na zasadnicze różnice w budowie wyróżniono chwytaki: ze sztywnymi końcówkami chwytnymi ze sprężystymi końcówkami chwytnymi z elastycznymi końcówkami chwytnymi adhezyjne (podciśnieniowe, magnetyczne) specjalne urządzenia chwytające.

W zależności od sposobu przemieszczania siękońcówek chwytnych pod wpływem siływytworzonej przez mechanizm napędowy wyróżnia sięruch końcówek:

nożycowy, zilustrowany na rys.4 szczypcowy, przedstawiony na rys.5 imadłowy, pokazany na rys.6

Rys.4 Nożycowy sposóbprzemieszczania końcówek chwytnych

Rys.5 Szczypcowy sposóbprzemieszczania końcówekchwytnych chwytaków

Rys.6 Imadłowy sposóbprzemieszczania końcówekchwytnych chwytaków

Podziałchwytaków ze względu na parametry użytkowe może dotyczyć: dysponowanej siły chwytu granicznych wymiarów chwytanego obiektu dopuszczalnych kształtów obiektu czasu uchwycenia obiektu manipulacji.

Rys.7 chwytak zewnętrzny Rys.8 chwytak wewnętrzny

Można wyróżnićrównieżchwytaki przeznaczone do chwytu zewnętrznego (rys.7) i chwytuwewnętrznego (rys.8).

Chwytaki siłowe

Chwytaki siłowe podczas chwytania działająna obiekt manipulacji siłami w stronępowierzchni obiektu albo przeciwnie - od obiektu w kierunku chwytania. W pierwszymprzypadku, charakterystycznym dla chwytania dwiema przeciwległymi końcówkami (rys.9),na obiekt działajądwie równe, co do wartości, przeciwnie skierowane siły. Na powierzchniobiektu powstająnaprężenia, a w czasie manipulowania obiektem pojawia sięsiła tarciastatycznego, przeciwdziałająca przemieszczaniu sięobiektu względem chwytaka. W praktycestosowane jest często chwytanie siłowo-kształtowe. Końcówki chwytne chwytaka swoimkształtem ograniczająswobodęruchu obiektu i jednocześnie działając na obiekt siłamiuniemożliwiająmu przemieszczanie sięw kierunkach niezabezpieczonych ograniczeniamikształtowymi.

Rys.9 Schemat chwytaka - widok z góry

Chwytaki ze sztywnymi końcówkami

Sztywno zamocowane do mechanizmu napędowego końcówki chwytne,nieodkształcalnej przy wywieraniu nacisku na powierzchnie obiektu manipulacji, stwarzająmożliwośćłatwego przystosowania chwytaka dla różnych obiektów i do różnychwarunków procesu manipulacji obiektem. Wymiana kształtowych nasadek końcówek

chwytnych umożliwia uchwycenie obiektu o dowolnych kształtach i wymiarach. Kątowylub linowe przemieszczenie końcówek chwytnych, a także zakres tych przemieszczeńorazwartośćsiły chwytu zależąod struktury kinematycznej i parametrów geometrycznychmechanizmu chwytaka. Jako kryterium klasyfikacyjne rozwiązańkonstrukcyjnychmechanizmów chwytaków ze sztywnymi końcówkami przyjęto liczbęi rodzaj parkinematycznych.

Rys.10 Rozwiązanie mechanizmuchwytaka zawierającego tylko paryklasy V.

Rys.11 Chwytak realizującyszczypcowy ruch końcówek

Najprostszym rozwiązaniem mechanizmu chwytaka zawierającego wyłącznie parykinematyczne V klasy jest siłownik, którego cylinder jest połączony sztywno z jednąkońcówkąchwytaka, a tłok bezpośrednio lub pośrednio przez dzwigniędwuramiennązkońcówkądrugą(rys.10). Częstym rozwiązaniem tego typu chwytaków jest urządzenierealizujące szczypcowy ruch końcówek (rys.11)

Zaletąchwytaków wyposażonych w mechanizm zawierający wyłącznie pary kinematyczneV klasy jest prosta budowa połączeńw parach kinematycznych, zapewniające zwartośćiułatwiająca wykonanie konstrukcji. Przez zastosowanie łożysk tocznych w obrotowychparach kinematycznych wpływ siłtarcia można ograniczyćdo minimum.Do niedogodności natomiast należy zaliczyć:

obciążenie napędu mechanizmu siłami bocznymi w przypadku niesymetrycznegoobciążenia końcówek chwytnych

zależności siłtarcia od położenia końcówek chwytnych zmienności siły chwytu w całym zakresie chwytania, niezmiennośćpoczątkowego i końcowego położenia końcówek chwytnych, tym

samym stały zakres ich przemieszczania

ciśnienie robocze p = 2÷8 [bar]maksymalna częstotliwośćrobocza chwytaka c = 4 [Hz]temperatura pracy T=5÷60minimalny czas otwarcia przy 6 [bar] 10 [ms]minimalny czas zamknięcia przy 6 [bar] 10 [ms]Siła chwytu przy 6 [bar], otwieranie 150[N]Siła chwytu przy 6 [bar], zamykanie 130 [N]Maksymalna siła statyczna na palcu chwytaka Fstatyczne,max= 90 [N]Maksymalna siła dynamiczna na palcuchwytaka

Fdynamiczne,max= 9 [N]

Podstawowe parametry Chwytaka HGD-32-A firmy FESTO

Rysunek techniczny chwytaka trójpalczastego

Rysunek techniczny palca chwytaka

Chwytaki z elastycznymi końcówkami

Elastyczne końcówki chwytne zmieniając swój kształt pod wpływem dostarczonej energii(zwykle sprężonego powietrza) oddziaływająna obiekt manipulacji w taki sposób, żepowodująjego siłowo-kształtowe unieruchomienie. W przykładowym rozwiązaniu

konstrukcyjnym chwytaka z elastycznymi końcówkami dwie umieszczone przeciwległekońcówki chwytne wykonane ze specjalnie wyprofilowanego elastomeru mająnierówne polapowierzchni i pod wpływem sprężonego powietrza podawanego do ich wnętrza odkształcająsięłukowo (rys.12).

Do zalet chwytaków z elastycznymi końcówkami, dzięki którym znajdująone corazwiększe zastosowanie, należy zaliczyć:

możliwośćchwytania przedmiotów kruchych (np. szkło), z narażonymi nauszkodzenie powłokami, różniących siękształtem i wymiarem możliwośćbudowania chwytaków o wielu końcówkach - dużą uniwersalność

rozwiązań możliwośćłatwego nastawienia wartości siły chwytu przez zmianęwartości

ciśnienia w końcówkach dobre przyleganie do powierzchni obiektu manipulacji tanie wykonanie i prosty montaż

Rys.12 Przykład chwytaka z elastycznymi końcówkami na przykładzierozwiązania firmy CARL FREUDENBERG.

Do zalet chwytaków z elastycznymi końcówkami, dzięki którym znajdująone coraz większezastosowanie, należy zaliczyć:

możliwośćchwytania przedmiotów kruchych (np. szkło), z narażonymi nauszkodzenie powłokami, różniących siękształtem i wymiarem

możliwośćbudowania chwytaków wielokońcówkowych - dużąuniwersalnośćrozwiązań

możliwośćłatwego nastawienia wartości siły chwytu przez zmianęwartości ciśnieniaw końcówkach

dobre przyleganie do powierzchni obiektu manipulacji tanie wykonanie i prosty montaż

Chwytaki podciśnieniowe

Ze względu na prostotękonstrukcji chwytaków podciśnieniowych, niewielki ciężar izwykle mały koszt wykonania, chwytaki te sąpowszechnie stosowane. Jednak ichzastosowanie ograniczone jest następującymi warunkami:

przenoszone mogąbyćtylko te obiekty, które mająpowierzchniępłaskąlub kulistąodużej gładkości

niezbędna jest szczelnośćprzyssawki - przeszkodąjest występowanie drobin(opiłków metali) między obrzeżem przyssawki, a powierzchniąchwytanego obiektu;

ze względu na określone pojemności urządzenia oraz konieczności wytworzeniaokreślonej wartości podciśnienia, czas uchwycenia jest większy niżw przypadku innychchwytaków;

trwałości przyssawki gumowej jest niewielka ograniczona temperatura stosowania (do 400 C dla wyższych temp. nawet do 1200

C stosuje sięprzyssawki z poliuretanu ) między przyssawkąa obiektem powinna powstaćsiła tarcia statycznego dla zapewnienia zwolnienia obiektu należy po połączenia kolektora próżniowego z

atmosferą, w celu przezwyciężenia częstego zjawiska tzw. Przyssania obrzeżaprzyssawki, wprowadzićdo czaszy przyssawki dodatkowy krótkotrwały impulsciśnieniowy

chwytaki te sąprzyczynąhałasu powstającego w wyniku rozprężenia gazu, przezzastosowanie tłumików możliwe jest zredukowanie hałasu do kilkunastu dB.

Zasada budowy chwytaka podciśnieniowego została przedstawiona.

1. obiekt manipulacji2. elastyczna przyssawka o

powierzchni czaszy A3. kolektor próżniowy

Rys. Budowa chwytaka podciśnieniowego

Najczęściej w procesie manipulacji z wykorzystaniem chwytaków podciśnieniowych(przyssawek) wykorzystuje sięspecjalnie zaprojektowane urządzenia wyposażone wodpowiedniąilośćprzyssawek. Dobór oraz liczba przyssawek jest związana z obliczeniami.

Rys. Schemat przyssawki

Chwytaki magnetyczne

W chwytakach magnetycznych, w celu wytworzenia pola siłdziałającego naferromagnetyczny obiekt manipulacji stosuje się: magnesy trwałe, elektromagnesy orazukłady zbudowane z magnesów trwałych i elektromagnesów.

W chwytaku z magnesem trwałym obiekt trzymany jest dzięki działaniu siłpolamagnetycznego, a jego uwolnienie dokonywane jest mechanicznie np. za pomocądodatkowego siłownika. W chwytakach z elektromagnesem obiekt trzymany jest w czasieprzepływu prądu przez uzwojenie.

1. obiekt manipulacji2. rdzeńelektromagnesu

3. uzwojenie elektromagnesu

Rys. Budowa chwytaka elektromagnetycznego

W chwytakach z magnesem stałym i elektromagnesem obiekt jest trzymany przez magnes, asiłchwytu zwiększana dodatkowo podczas manipulowania obiektem przez włączenie prądu wuzwojeniu elektromagnesu. Uwolnienie obiektu następuje w tych przypadkach przez zmianębiegunowości elektromagnesu.Niedogodności stosowania chwytaków magnetycznych związane sąz:

możliwościąchwytania obiektów wykonanych wyłącznie z materiałówferromagnetycznych

gwałtownymi przemieszczeniami obiektu manipulacji przy zbliżeniu sięchwytaka(powoduje to utratędokładności położenia początkowego obiektu)

występowaniem magnetyzmu szczątkowego, który powoduje m.in. przyciąganiedrobin metalowych oraz utrudnia uwolnienie obiektu;

zmniejszenie sięsiły chwytu na skutek zabrudzenia miejsca uchwycenia np. opiłkami wydzielaniem sięciepła w uzwojeniu elektromagnesu.

Ze względu na zmianęwłaściwości ferromagnetycznych maksymalna temperatura pracychwytaków elektromagnetycznych wynosi ok. 600C.

Wyposażenie chwytaków

Standardowo wykonane chwytaki mogąbyćwyposażone dodatkowo w różnego rodzajuelementy, zespoły lub mechanizmy, które umożliwiajązmianęlub poprawęwarunkówchwytania obiektu manipulacji albo pozwalająna równoległe do operacji manipulowaniawykonywanie pewnych czynności technologicznych.Typowym wyposażeniem chwytaków są: wymienne nakładki na końcówki chwytne, czujnikioraz pomocnicze urządzenia i narzędzia technologiczne.Ze względu na różnorodnośćobiektów manipulacji oraz zmieniające sięwarunki pracymaszyny manipulacyjnej, nakładki na końcówki chwytne mogąpełnićnastępujące zadania:chwytanie obiektu o ściśle określonym kształcie, chwytanie obiektu o ściśle określonymkształcie, chwytanie obiektu o różnych wymiarach, ustawienie powierzchni styku końcówki

chwytnej z obiektem według wymagańprocesu produkcyjnego, zapewnienie elastycznegostyku końcówki chwytnej z powierzchniąchwytanego obiektu, powodowanie żądanych wprocesie produkcyjnym trwałych deformacji obiektu manipulacji w miejscu uchwycenia,izolowanie cieplne chwytaka. Na rys.13 i rys14 przedstawiono dwa różne sposobywykorzystania nakładek. Chwytanie obiektów o różnych wymiarach umożliwiająwpierwszym przypadku nakładki wymienne (rys.13), w drugim - stałe, ale rozmieszczone wróżnych miejscach końcówki chwytnej (rys.14).

1. końcówka chwytna 2. nakładkaRys.13 Nakładki wymienne na końcówki chwytne chwytaka

Rys.14 Stałe nakładki rozmieszczone w różnych miejscach chwytaka.

Podstawowymi czujnikami, w jakie wyposażone sąchwytaki maszyn manipulacyjnychstosowanych współcześnie w robotyzacji procesów produkcyjnych, są:

czujniki zbliżenia chwytaka lub końcówek chwytnych do obiektu czujniki dotyku końcówek chwytnych do powierzchni obiektu czujniki nacisku końcówek chwytnych na obiekt

Czujniki zbliżenia umożliwiająbezdotykowe zebranie wybranych informacji o obiekciemanipulacji. Jako czujniki zbliżenia wykorzystuje sięprzeważnie przetworniki indukcyjne,pojemnościowe oraz optyczne.Jako czujniki dotyku wykorzystuje sięz reguły elementy stykowe umieszczone w korpusiechwytaka w taki sposób, aby przemieszczenie końcówki chwytnej powodowało ichprzełączenie.

Dla pomiaru nacisku końcówek chwytnych na obiekt manipulacji, wykorzystuje sięprzetworniki tensometryczne. Przez porównanie sygnału wyjściowego z układu pomiaruodkształceńw końcówkach chwytnych z zadanąwartościąprogowąmożna uzyskaćinformacjęo uchwyceniu obiektu z odpowiedniąwartościąsiły chwytu.

Pomocnicze urządzenia i narzędzia technologiczne stosowane jako wyposażeniechwytaków mogąrealizowaćm.in. zadania:

technologiczne, których wykonanie w trakcie manipulacji nie wpływa na pewnośćuchwycenia obiektu;

eliminowania niedokładności wzajemnego ustawienia obiektu manipulacji ikońcówek chwytnych albo obiektu manipulacji i urządzenia mocującego maszynytechnologicznej;

właściwego ukierunkowania (zorientowania) obiektu manipulacji.Niektóre z tych urządzeńmogąstanowićintegralnączęśćmechanizmu chwytaka, inne sąmocowane na korpusie chwytaka i sterowane lub napędzane całkowicie niezależnie.

Do realizacji zadańroboczych stosowane sąm.in.: różnego rodzaju nożyce np. doobcinania układów wlewowych transportowanych przez maszynęmanipulacyjnąodlewów,dysze kierujące na obiekt strumieńsprężonego powietrza w celu jego oczyszczenia orazróżnego rodzaju układy pomiarowe, kontrolujące poprawnośćwykonanej uprzednio operacjitechnologicznej.

Przeniesienie napędu chwytaka

Niezwykle istotnym elementem chwytaków oraz innych urządzeńmechanicznych jestsposób przeniesienia napędu. Najczęściej spotykane układy przeniesienia napędu dlachwytaków przedstawione zostały na poniższych rysunkach zebranych w tabeli 1:

napęd dźwigniowy napęd zębaty

napęd klinowy napęd jarzmowyTabela 1 Sposoby przeniesienia napędu

Przykład rozwiązania konstrukcyjnego chwytaka z napędem zębatym zostałprzedstawionyna rys.15

Rys.15 Rozwiązanie konstrukcyjne chwytaka z napędem zębatym.

Obecnie obserwuje siędwa kierunku rozwoju budowy chwytaków. Chwytaki uniwersalneo budowie zbliżonej do budowy ludzkiej ręki i chwytaki specjalizowane do pracy z jednymrodzajem przedmiotów.

Właściwy dobór chwytaka ma decydujące znaczenie dla prawidłowego przebiegu procesumanipulacji. Metodyka projektowania chwytaka polega na:

1. wyborze sposobu uchwycenia2. wyborze typu chwytaka (zasady działania)3. dobraniu parametrów konstrukcyjnych chwytaka4. przystosowaniu końcówek chwytnych do kształtu powierzchni obiektu

WORKING MODELWykonaj model chwytaka:

a) z napędem-dźwigniowym,-klinowymSpróbuj wykonaćpozostałe napędy!!Przykładowo:Chwytak klinowy:

Koło i silnik stanowiąnapęd, aby zademonstrować, w jaki sposób porusza sięchwytak.

Politechnika Świętokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.

1

WORKING MODEL 2DInstrukcja laboratoryjna 3.

Wstęp teoretyczny.

Kiśći chwytaki robotówKiściąsferycznąlub sprzęgiem manipulatora nazywa sięprzegub pomiędzy ramieniem a

dłonią, zaznaczyćnależy, iżprzeguby kiści sąprawie zawsze obrotowe. Wiele manipulatorówwyposażonych jest w kiśćsferyczną, której osie przegubów przecinająsięw jednym punkcie.Schemat kiści sferycznej przedstawiono na rys.1 Kiśćo takiej strukturze w dużym stopniuupraszcza analizękinematyki manipulatora oraz pozwala w prosty sposób rozdzielićpozycjonowanie i orientowanie obiektu.

Uważa się, iżjednym z najważniejszych elementów manipulatora jest końcówka robocza,często nazywana efektorem lub chwytakiem, natomiast ramięi kiść, tworzące manipulator, sąużywane przede wszystkim do pozycjonowania końcówki roboczej i narzędzia.

Struktura (OOO)

O - odchylenie (yaw)O - nachylenie (pitch)O - obrót (roll)

Rys.1 Schemat kiści sferycznej

Chwytak jest niezbędnym wyposażeniem jednostki kinematycznej maszynymanipulacyjnej wykonującej w procesie produkcyjnym zadanie transportowe.

Zadanie transportowania obiektu przez maszynęmanipulacyjnąskłada sięz trzechelementarnych czynności:

pobrania obiektu trzymania obiektu w trakcie jego transportowania uwolnienia obiektu w miejscu docelowym

Chwytak jest urządzeniem nakładającym na transportowany obiekt tyle ograniczeńswobody ruchu, ile potrzeba do zapewnienia pożądanego w danym procesie produkcyjnymprzebiegu transportowania. Ograniczenia swobody ruchu transportowego obiektu realizowanesądwoma sposobami:

przez wytworzenie pola siłdziałających na obiekt - chwytanie siłowe (rys.2); przez wytworzenie połączeńmiędzy elementami chwytaka i obiektem, których

więzy odbierająobiektowi żądanąliczbęstopni swobody - chwytanie kształtowe(rys.3).

Politechnika Świętokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.

2

1. obiekt manipulacji 2. elementy chwytające 3. nasadki na obiektRys.2 Sposób chwytania siłowy Rys.3 Chwytanie kształtowe

Oba sposoby oddziaływania powinny byćna tyle skuteczne, aby w czasie transportowania,na skutek powstania siłodśrodkowych i bezwładności, obiekt nie zmieniłprzypadkowoswego położenia względem określonych elementów chwytaka.

Ogromna różnorodnośćobiektów manipulacji sprawiła, że chwytaki sąobecnie najbardziejzróżnicowanym konstrukcyjnie zespołem maszyny.

Wiele czynników ma zasadniczy wpływ na uchwycenie obiektu np. właściwościmanipulowanego obiektu, właściwości chwytne chwytaka, błąd wzajemnego ustawieniaobiektu i chwytaka przez jednostkękinematycznąmaszyny manipulacyjnej.

Istotny wpływ na warunki uchwycenia obiektu mająnastępujące właściwości obiektu:masa, położenie środka ciężkości, moment bezwładności, kształt i parametry geometryczne,tolerancje wykonania miejsc uchwycenia, odpornośćna naprężenia zewnętrzne.

Klasyfikacja chwytaków

W tym podpunkcie zaproponowano następujące kryteria podziału rozwiązańkonstrukcyjnych chwytaków maszyn manipulacyjnych:

realizowany sposób chwytania budowę parametry użytkowe system mocowania i wymiany w jednostce kinematycznej maszyny manipulacyjnej wyposażenie dodatkowe.

Ze względu na realizowany sposób chwytania wyróżnia sięchwytaki: siłowe, sposób chwytania siłowego przedstawiono na rys.2 kształtowe, sposób chwytania kształtowego przedstawiono na rys.3

W przypadku chwytaków siłowych siły oddziałujące na obiekt manipulacji mogąbyćtypu: naprężającego (ściskającego, rozciągającego) przyciągającego

Ze względu na zasadnicze różnice w budowie wyróżniono chwytaki: ze sztywnymi końcówkami chwytnymi ze sprężystymi końcówkami chwytnymi z elastycznymi końcówkami chwytnymi adhezyjne (podciśnieniowe, magnetyczne) specjalne urządzenia chwytające.

Politechnika Świętokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.

3

W zależności od sposobu przemieszczania siękońcówek chwytnych pod wpływem siływytworzonej przez mechanizm napędowy wyróżnia sięruch końcówek:

nożycowy, zilustrowany na rys.4 szczypcowy, przedstawiony na rys.5 imadłowy, pokazany na rys.6

Rys.4 Nożycowy sposóbprzemieszczania końcówek chwytnych

Rys.5 Szczypcowy sposóbprzemieszczania końcówekchwytnych chwytaków

Rys.6 Imadłowy sposóbprzemieszczania końcówekchwytnych chwytaków

Podziałchwytaków ze względu na parametry użytkowe może dotyczyć: dysponowanej siły chwytu granicznych wymiarów chwytanego obiektu dopuszczalnych kształtów obiektu czasu uchwycenia obiektu manipulacji.

Rys.7 chwytak zewnętrzny Rys.8 chwytak wewnętrzny

Politechnika Świętokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.

4

Można wyróżnićrównieżchwytaki przeznaczone do chwytu zewnętrznego (rys.7) i chwytuwewnętrznego (rys.8).

Chwytaki siłowe

Chwytaki siłowe podczas chwytania działająna obiekt manipulacji siłami w stronępowierzchni obiektu albo przeciwnie - od obiektu w kierunku chwytania. W pierwszymprzypadku, charakterystycznym dla chwytania dwiema przeciwległymi końcówkami (rys.9),na obiekt działajądwie równe, co do wartości, przeciwnie skierowane siły. Na powierzchniobiektu powstająnaprężenia, a w czasie manipulowania obiektem pojawia sięsiła tarciastatycznego, przeciwdziałająca przemieszczaniu sięobiektu względem chwytaka. W praktycestosowane jest często chwytanie siłowo-kształtowe. Końcówki chwytne chwytaka swoimkształtem ograniczająswobodęruchu obiektu i jednocześnie działając na obiekt siłamiuniemożliwiająmu przemieszczanie sięw kierunkach niezabezpieczonych ograniczeniamikształtowymi.

Rys.9 Schemat chwytaka - widok z góry

Chwytaki ze sztywnymi końcówkami

Sztywno zamocowane do mechanizmu napędowego końcówki chwytne,nieodkształcalnej przy wywieraniu nacisku na powierzchnie obiektu manipulacji, stwarzająmożliwośćłatwego przystosowania chwytaka dla różnych obiektów i do różnychwarunków procesu manipulacji obiektem. Wymiana kształtowych nasadek końcówek

Politechnika Świętokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.

5

chwytnych umożliwia uchwycenie obiektu o dowolnych kształtach i wymiarach. Kątowylub linowe przemieszczenie końcówek chwytnych, a także zakres tych przemieszczeńorazwartośćsiły chwytu zależąod struktury kinematycznej i parametrów geometrycznychmechanizmu chwytaka. Jako kryterium klasyfikacyjne rozwiązańkonstrukcyjnychmechanizmów chwytaków ze sztywnymi końcówkami przyjęto liczbęi rodzaj parkinematycznych.

Rys.10 Rozwiązanie mechanizmuchwytaka zawierającego tylko paryklasy V.

Rys.11 Chwytak realizującyszczypcowy ruch końcówek

Najprostszym rozwiązaniem mechanizmu chwytaka zawierającego wyłącznie parykinematyczne V klasy jest siłownik, którego cylinder jest połączony sztywno z jednąkońcówkąchwytaka, a tłok bezpośrednio lub pośrednio przez dzwigniędwuramiennązkońcówkądrugą(rys.10). Częstym rozwiązaniem tego typu chwytaków jest urządzenierealizujące szczypcowy ruch końcówek (rys.11)

Zaletąchwytaków wyposażonych w mechanizm zawierający wyłącznie pary kinematyczneV klasy jest prosta budowa połączeńw parach kinematycznych, zapewniające zwartośćiułatwiająca wykonanie konstrukcji. Przez zastosowanie łożysk tocznych w obrotowychparach kinematycznych wpływ siłtarcia można ograniczyćdo minimum.Do niedogodności natomiast należy zaliczyć:

obciążenie napędu mechanizmu siłami bocznymi w przypadku niesymetrycznegoobciążenia końcówek chwytnych

zależności siłtarcia od położenia końcówek chwytnych zmienności siły chwytu w całym zakresie chwytania, niezmiennośćpoczątkowego i końcowego położenia końcówek chwytnych, tym

samym stały zakres ich przemieszczania

Politechnika Świętokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.

6

ciśnienie robocze p = 2÷8 [bar]maksymalna częstotliwośćrobocza chwytaka c = 4 [Hz]temperatura pracy T=5÷60minimalny czas otwarcia przy 6 [bar] 10 [ms]minimalny czas zamknięcia przy 6 [bar] 10 [ms]Siła chwytu przy 6 [bar], otwieranie 150[N]Siła chwytu przy 6 [bar], zamykanie 130 [N]Maksymalna siła statyczna na palcu chwytaka Fstatyczne,max= 90 [N]Maksymalna siła dynamiczna na palcuchwytaka

Fdynamiczne,max= 9 [N]

Podstawowe parametry Chwytaka HGD-32-A firmy FESTO

Rysunek techniczny chwytaka trójpalczastego

Rysunek techniczny palca chwytaka

Chwytaki z elastycznymi końcówkami

Elastyczne końcówki chwytne zmieniając swój kształt pod wpływem dostarczonej energii(zwykle sprężonego powietrza) oddziaływająna obiekt manipulacji w taki sposób, żepowodująjego siłowo-kształtowe unieruchomienie. W przykładowym rozwiązaniu

Politechnika Świętokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.

7

konstrukcyjnym chwytaka z elastycznymi końcówkami dwie umieszczone przeciwległekońcówki chwytne wykonane ze specjalnie wyprofilowanego elastomeru mająnierówne polapowierzchni i pod wpływem sprężonego powietrza podawanego do ich wnętrza odkształcająsięłukowo (rys.12).

Do zalet chwytaków z elastycznymi końcówkami, dzięki którym znajdująone corazwiększe zastosowanie, należy zaliczyć:

możliwośćchwytania przedmiotów kruchych (np. szkło), z narażonymi nauszkodzenie powłokami, różniących siękształtem i wymiarem możliwośćbudowania chwytaków o wielu końcówkach - dużą uniwersalność

rozwiązań możliwośćłatwego nastawienia wartości siły chwytu przez zmianęwartości

ciśnienia w końcówkach dobre przyleganie do powierzchni obiektu manipulacji tanie wykonanie i prosty montaż

Rys.12 Przykład chwytaka z elastycznymi końcówkami na przykładzierozwiązania firmy CARL FREUDENBERG.

Do zalet chwytaków z elastycznymi końcówkami, dzięki którym znajdująone coraz większezastosowanie, należy zaliczyć:

możliwośćchwytania przedmiotów kruchych (np. szkło), z narażonymi nauszkodzenie powłokami, różniących siękształtem i wymiarem

możliwośćbudowania chwytaków wielokońcówkowych - dużąuniwersalnośćrozwiązań

możliwośćłatwego nastawienia wartości siły chwytu przez zmianęwartości ciśnieniaw końcówkach

dobre przyleganie do powierzchni obiektu manipulacji tanie wykonanie i prosty montaż

Chwytaki podciśnieniowe

Ze względu na prostotękonstrukcji chwytaków podciśnieniowych, niewielki ciężar izwykle mały koszt wykonania, chwytaki te sąpowszechnie stosowane. Jednak ichzastosowanie ograniczone jest następującymi warunkami:

przenoszone mogąbyćtylko te obiekty, które mająpowierzchniępłaskąlub kulistąodużej gładkości

niezbędna jest szczelnośćprzyssawki - przeszkodąjest występowanie drobin(opiłków metali) między obrzeżem przyssawki, a powierzchniąchwytanego obiektu;

Politechnika Świętokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.

8

ze względu na określone pojemności urządzenia oraz konieczności wytworzeniaokreślonej wartości podciśnienia, czas uchwycenia jest większy niżw przypadku innychchwytaków;

trwałości przyssawki gumowej jest niewielka ograniczona temperatura stosowania (do 400 C dla wyższych temp. nawet do 1200

C stosuje sięprzyssawki z poliuretanu ) między przyssawkąa obiektem powinna powstaćsiła tarcia statycznego dla zapewnienia zwolnienia obiektu należy po połączenia kolektora próżniowego z

atmosferą, w celu przezwyciężenia częstego zjawiska tzw. Przyssania obrzeżaprzyssawki, wprowadzićdo czaszy przyssawki dodatkowy krótkotrwały impulsciśnieniowy

chwytaki te sąprzyczynąhałasu powstającego w wyniku rozprężenia gazu, przezzastosowanie tłumików możliwe jest zredukowanie hałasu do kilkunastu dB.

Zasada budowy chwytaka podciśnieniowego została przedstawiona.

1. obiekt manipulacji2. elastyczna przyssawka o

powierzchni czaszy A3. kolektor próżniowy

Rys. Budowa chwytaka podciśnieniowego

Najczęściej w procesie manipulacji z wykorzystaniem chwytaków podciśnieniowych(przyssawek) wykorzystuje sięspecjalnie zaprojektowane urządzenia wyposażone wodpowiedniąilośćprzyssawek. Dobór oraz liczba przyssawek jest związana z obliczeniami.

Rys. Schemat przyssawki

Politechnika Świętokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.

9

Chwytaki magnetyczne

W chwytakach magnetycznych, w celu wytworzenia pola siłdziałającego naferromagnetyczny obiekt manipulacji stosuje się: magnesy trwałe, elektromagnesy orazukłady zbudowane z magnesów trwałych i elektromagnesów.

W chwytaku z magnesem trwałym obiekt trzymany jest dzięki działaniu siłpolamagnetycznego, a jego uwolnienie dokonywane jest mechanicznie np. za pomocądodatkowego siłownika. W chwytakach z elektromagnesem obiekt trzymany jest w czasieprzepływu prądu przez uzwojenie.

1. obiekt manipulacji2. rdzeńelektromagnesu

3. uzwojenie elektromagnesu

Rys. Budowa chwytaka elektromagnetycznego

W chwytakach z magnesem stałym i elektromagnesem obiekt jest trzymany przez magnes, asiłchwytu zwiększana dodatkowo podczas manipulowania obiektem przez włączenie prądu wuzwojeniu elektromagnesu. Uwolnienie obiektu następuje w tych przypadkach przez zmianębiegunowości elektromagnesu.Niedogodności stosowania chwytaków magnetycznych związane sąz:

możliwościąchwytania obiektów wykonanych wyłącznie z materiałówferromagnetycznych

gwałtownymi przemieszczeniami obiektu manipulacji przy zbliżeniu sięchwytaka(powoduje to utratędokładności położenia początkowego obiektu)

występowaniem magnetyzmu szczątkowego, który powoduje m.in. przyciąganiedrobin metalowych oraz utrudnia uwolnienie obiektu;

zmniejszenie sięsiły chwytu na skutek zabrudzenia miejsca uchwycenia np. opiłkami wydzielaniem sięciepła w uzwojeniu elektromagnesu.

Ze względu na zmianęwłaściwości ferromagnetycznych maksymalna temperatura pracychwytaków elektromagnetycznych wynosi ok. 600C.

Wyposażenie chwytaków

Standardowo wykonane chwytaki mogąbyćwyposażone dodatkowo w różnego rodzajuelementy, zespoły lub mechanizmy, które umożliwiajązmianęlub poprawęwarunkówchwytania obiektu manipulacji albo pozwalająna równoległe do operacji manipulowaniawykonywanie pewnych czynności technologicznych.Typowym wyposażeniem chwytaków są: wymienne nakładki na końcówki chwytne, czujnikioraz pomocnicze urządzenia i narzędzia technologiczne.Ze względu na różnorodnośćobiektów manipulacji oraz zmieniające sięwarunki pracymaszyny manipulacyjnej, nakładki na końcówki chwytne mogąpełnićnastępujące zadania:chwytanie obiektu o ściśle określonym kształcie, chwytanie obiektu o ściśle określonymkształcie, chwytanie obiektu o różnych wymiarach, ustawienie powierzchni styku końcówki

Politechnika Świętokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.

10

chwytnej z obiektem według wymagańprocesu produkcyjnego, zapewnienie elastycznegostyku końcówki chwytnej z powierzchniąchwytanego obiektu, powodowanie żądanych wprocesie produkcyjnym trwałych deformacji obiektu manipulacji w miejscu uchwycenia,izolowanie cieplne chwytaka. Na rys.13 i rys14 przedstawiono dwa różne sposobywykorzystania nakładek. Chwytanie obiektów o różnych wymiarach umożliwiająwpierwszym przypadku nakładki wymienne (rys.13), w drugim - stałe, ale rozmieszczone wróżnych miejscach końcówki chwytnej (rys.14).

1. końcówka chwytna 2. nakładkaRys.13 Nakładki wymienne na końcówki chwytne chwytaka

Rys.14 Stałe nakładki rozmieszczone w różnych miejscach chwytaka.

Podstawowymi czujnikami, w jakie wyposażone sąchwytaki maszyn manipulacyjnychstosowanych współcześnie w robotyzacji procesów produkcyjnych, są:

czujniki zbliżenia chwytaka lub końcówek chwytnych do obiektu czujniki dotyku końcówek chwytnych do powierzchni obiektu czujniki nacisku końcówek chwytnych na obiekt

Czujniki zbliżenia umożliwiająbezdotykowe zebranie wybranych informacji o obiekciemanipulacji. Jako czujniki zbliżenia wykorzystuje sięprzeważnie przetworniki indukcyjne,pojemnościowe oraz optyczne.Jako czujniki dotyku wykorzystuje sięz reguły elementy stykowe umieszczone w korpusiechwytaka w taki sposób, aby przemieszczenie końcówki chwytnej powodowało ichprzełączenie.

Politechnika Świętokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.

11

Dla pomiaru nacisku końcówek chwytnych na obiekt manipulacji, wykorzystuje sięprzetworniki tensometryczne. Przez porównanie sygnału wyjściowego z układu pomiaruodkształceńw końcówkach chwytnych z zadanąwartościąprogowąmożna uzyskaćinformacjęo uchwyceniu obiektu z odpowiedniąwartościąsiły chwytu.

Pomocnicze urządzenia i narzędzia technologiczne stosowane jako wyposażeniechwytaków mogąrealizowaćm.in. zadania:

technologiczne, których wykonanie w trakcie manipulacji nie wpływa na pewnośćuchwycenia obiektu;

eliminowania niedokładności wzajemnego ustawienia obiektu manipulacji ikońcówek chwytnych albo obiektu manipulacji i urządzenia mocującego maszynytechnologicznej;

właściwego ukierunkowania (zorientowania) obiektu manipulacji.Niektóre z tych urządzeńmogąstanowićintegralnączęśćmechanizmu chwytaka, inne sąmocowane na korpusie chwytaka i sterowane lub napędzane całkowicie niezależnie.

Do realizacji zadańroboczych stosowane sąm.in.: różnego rodzaju nożyce np. doobcinania układów wlewowych transportowanych przez maszynęmanipulacyjnąodlewów,dysze kierujące na obiekt strumieńsprężonego powietrza w celu jego oczyszczenia orazróżnego rodzaju układy pomiarowe, kontrolujące poprawnośćwykonanej uprzednio operacjitechnologicznej.

Przeniesienie napędu chwytaka

Niezwykle istotnym elementem chwytaków oraz innych urządzeńmechanicznych jestsposób przeniesienia napędu. Najczęściej spotykane układy przeniesienia napędu dlachwytaków przedstawione zostały na poniższych rysunkach zebranych w tabeli 1:

napęd dźwigniowy napęd zębaty

napęd klinowy napęd jarzmowyTabela 1 Sposoby przeniesienia napędu

Przykład rozwiązania konstrukcyjnego chwytaka z napędem zębatym zostałprzedstawionyna rys.15

Politechnika Świętokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.

12

Rys.15 Rozwiązanie konstrukcyjne chwytaka z napędem zębatym.

Obecnie obserwuje siędwa kierunku rozwoju budowy chwytaków. Chwytaki uniwersalneo budowie zbliżonej do budowy ludzkiej ręki i chwytaki specjalizowane do pracy z jednymrodzajem przedmiotów.

Właściwy dobór chwytaka ma decydujące znaczenie dla prawidłowego przebiegu procesumanipulacji. Metodyka projektowania chwytaka polega na:

1. wyborze sposobu uchwycenia2. wyborze typu chwytaka (zasady działania)3. dobraniu parametrów konstrukcyjnych chwytaka4. przystosowaniu końcówek chwytnych do kształtu powierzchni obiektu

WORKING MODELWykonaj model chwytaka:

a) z napędem-dźwigniowym,-klinowymSpróbuj wykonaćpozostałe napędy!!Przykładowo:Chwytak klinowy:

Koło i silnik stanowiąnapęd, aby zademonstrować, w jaki sposób porusza sięchwytak.

Politechnika Świętokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.

13