roboty a manipulátory parametry a aplikace ram

Katedra elektrotechniky a automatizace

Technická fakulta, ČZU v Praze

Miloslav LindaMichal Růžička

Vladislav Bezouška

Roboty a manipulátory

Parametry a aplikace RaM

Obsah přednášky

Parametry RAM Konstrukční uspořádání Konstrukce RaM Prostorové dispozice Aplikace robotů

Parametry RAM

geometrické charakteristiky (provozní, pracovní prostor) statické charakteristiky (tuhost) kinematické charakteristiky (struktury, v, a, °, souř.syst.) dynamické charakteristiky (F pohyb. jedn., dyn. tuh.) výkonové charakteristiky (nosnost, účinnost, m=f(a)) provozní charakteristiky (mont.plocha, mcelk. ,Pinst. ,spotř.enerie) charakteristiky spolehlivosti (fyz., mor.životn., stř.doba bezpor.) poměrové charakteristiky (mRAM/mkonstr., Vprov./Vprac., vmax./vjmen.) charakteristika řízení (PTP, CP, počet PTP, čas) charakteristika konstrukce (jedn., univers., modul.;pohon, říz.) cena (st.voln., max.nosn., přesn. poloh., rychl. poh.)

Obvyklé parametry RAM

počet stupňů volnosti maximální nosnost:- mikro RAM – 0,1kg- malé RAM – 0,1 – 10kg- střední RAM – 10 – 100kg- velké RAM – 100 – 1000kg přesnost polohování: (5 – 0,001)mm rychlost pohybu: - rotační 3-8m/s- translační 4-4,5m/s

Konstrukční uspořádání RAM jednoúčelové řešení - umožňují těsnější přizpůsobení dané aplikaci- obtížné či nemožné přizpůsobení jinému pracovišti stavebnicové řešení- výhodné z hlediska variability (možnost sestavení více

výsledných typů; přiblížení se aplikaci za výhodných ekonomických podmínek)

universální řešení- obsáhne více aplikací- možnost spolupráce s více pracovišti- rychle přizpůsobitelný aplikaci- vyšší složitost a pořizovací cena

Ekonomické zhodnocení dané koncepce při svařování

Konstrukce RAM – koncepce 1 sloup posuvné (v ose z)

popř. výkyvné (o φz) rameno

rotace v rameni φR

natáčení pracovní hlavice αV, αH

teleskopické rameno

Konstrukce RAM – koncepce 2 sloup dvě ramena

spojena kloubem rotace v rameni φR

umožňuje manipulaci za překážkou

Konstrukce RAM – koncepce 3 sloup dvoučlánkové

rameno spojené paralelogramem

rotace v rameni φR

rotace v hlavní ose φz

Konstrukce RAM – koncepce 4 sloup hlavní rameno

tvořeno dvěma články s vertikálními osami

plochý pracovní prostor

vysoká přesnost polohování

rotace v hlavici φR

rotace φZ, φZ´, φZ´´

Konstrukce RAM – koncepce 5 prostorový portál -

HPS – trojice vzájemně kolmých přímočarých jednotek

velký pracovní prostor

malé zaclonění pracovního prostoru vlastní konstrukcí

manipulace, montáž

Konstrukce RAM – koncepce 6 rovinný portál -

HPS – trojice vzájemně kolmých přímočarých jednotek

především pro obsluhu obráběcích strojů (i situovaných v delších řadách)

Automatizované technologické pracoviště - dispozice

technologický prostředek (transformace stavu objektu za součinnosti s manipulačním prostředkem)

manipulační prostředek vstupní prostředek (vstup objektu do

transformačního bloku) výstupní prostředek (výstup přetvořených

objektů)

Prostorové dispozice

základní konfigurace ATP

obráběcí stroj zásobník

polotovarů zásobník

opracovaných objektů

manipulátor

Struktura pracoviště

ATS – první řád více technologických pozicvíce technologických pozic paralelně uspořádané (samostatné vstupy, výstupy)paralelně uspořádané (samostatné vstupy, výstupy) zvýšení výkonu jednoho typu technologické operacezvýšení výkonu jednoho typu technologické operace paralelní provoz různých typů technologických operacíparalelní provoz různých typů technologických operací společné využití manipulačního prostředkuspolečné využití manipulačního prostředku limitováno dosahem manipulátoru limitováno dosahem manipulátoru

ATS – druhý řád několik technologických prostředků několik technologických prostředků společnýspolečný manipulátormanipulátor společný vstup a výstupspolečný vstup a výstup omezení v dosahu manipulátoruomezení v dosahu manipulátoru uplatnění při několika na sebe navazujících operacích uplatnění při několika na sebe navazujících operacích

ATS – třetí řád větší počet technologických prostředků (linie, kruh) větší počet technologických prostředků (linie, kruh) společnýspolečný manipulátor (rozšířené manipulační možnosti) manipulátor (rozšířené manipulační možnosti) samostatné vstupy a výstupysamostatné vstupy a výstupy paralelní realizace stejných technologických operacíchparalelní realizace stejných technologických operacích realizace několika na sobě nezávislých techn. operací realizace několika na sobě nezávislých techn. operací

ATS – čtvrtý řád větší počet technologických prostředků (linie, kruh) větší počet technologických prostředků (linie, kruh) společnýspolečný manipulátor (rozšířené manipulační možnosti) manipulátor (rozšířené manipulační možnosti) společnýspolečný vstup a výstupvstup a výstup realizace na sebe navazujících technologických operacíchrealizace na sebe navazujících technologických operacích

Hodnocení prostorové dispozice referenční prostor Vr – prostor ve tvaru kvádru,

ohraničující pracoviště instalovaný objem Vi – objem konstrukce

prostředku pracovní prostor Vf – využitelný pro realizaci

činnosti (hlavice s přenášeným předmětem) operační prostor Vo – prostor, který opisují

pohyblivé části (rameno) provozní prostor Vc – prostor pro provoz zařízení

Vc =Vi U Vf U Vo

VVcc ->-> min. min.

VVff ->-> max. max.

VVoo ->-> min. min.

VVff / V / Vii ->->max.max.

VVff ∩∩ V Vii ->->max.max.

VVoo ∩∩ V Vff ->->min.min.

Vztah Vc a Vr

w velké – kompaktní charakter pracoviště (maximálně w velké – kompaktní charakter pracoviště (maximálně zaplněný prostor, problematické zásahy na pracovišti (prvky s zaplněný prostor, problematické zásahy na pracovišti (prvky s větší spolehlivostí, nečetné zásahy do pracoviště))větší spolehlivostí, nečetné zásahy do pracoviště)) w malé – členitý charakter pracovištěw malé – členitý charakter pracoviště

Využití pracovního prostoru VVaa – akční prostor prostředku – akční prostor prostředku

ηηatat = = VVatat / V / Vftft – prostor. využití prac. prostoru techn. prostředku – prostor. využití prac. prostoru techn. prostředku

ηηamam = = VVamam / V / Vfmfm – prostor. využití prac. prostoru manip. prostředku – prostor. využití prac. prostoru manip. prostředku

Využití pracovního prostoru

VVatat ∩∩ V Vftft ≠ 0 ≠ 0 – funkční podmínka realizovatelnosti operace – funkční podmínka realizovatelnosti operace

ηηaa – – vyšší v případě projektu bez předpokládaných změn vyšší v případě projektu bez předpokládaných změn parametrů objektů parametrů objektů

ηηaa – – nižší v případě projektu s předpokládanými změnami nižší v případě projektu s předpokládanými změnami parametrů objektů (funkční rezervy umožňující změnu výrobního parametrů objektů (funkční rezervy umožňující změnu výrobního programu); vyšší cenaprogramu); vyšší cena

Systémy pro svařování

svařovací robot + polohovací manipulátor –› svařovací hlavice nesena robotem

svařovací automat + polohovací robot –› hmotnost svařence menší než svařovací hlavice (menší robot)

Systémy pro svařování koncepce 1: robot +

dvojnásobný polohovací manipulátor (dva oddělené pracovní prostory bezpečnostní přepážkou)

koncepce 2: stabilní průmyslový robot + dvojice translačně přestavitelných polohovacích manipulátorů (svařování rozměrnějších objektů)

Systémy pro svařování

koncepce 3: robot umístěný na transportním modulu + dva stabilní polohovací manipulátory

Systémy pro povrchové úpravy

tryska nesena hlavicí objekt je stabilní či

polohován manipulátorem

manipulace dopravníky (závěsy, podlahové dopravníky)

odsávání, vzduchotechnika, boxy

Systémy pro montáž

Automaty + montážní linky – seriová výroba

roboty – malé série

30-35% pracnosti

Aplikace - PaletizaceAplikace - Paletizace

Aplikace – Bodové Aplikace – Bodové svařovánísvařování

Aplikace – Řezání vodou

Aplikace – Obsluha obráběcího stroje

Aplikace – Montáž sedaček

Literatura

[1] Talácko, J.: Automatizace výrobních zařízení. ČVUT Praha, 2000

[2] Sciavicco, L., Siciliano, B.: Modelling and Control of Robot Manipulators. University of Naples, Italy, 1996, ISBN 0-07-057217-8

[3] Spong, M., Hutchinson, S., Vidyasagar, M.: Robot Modelling and Control. 2006, ISBN-10 0-471-64990-2

[4] GE Fanuc Automation, Charlottesville, USA: dostupné z <http://globalcare.gefanuc.com/> [cit. 2007-03-22]

[5] GE Fanuc Automation, Charlottesville, USA: dostupné z <http://www.gefanuc.com/en/> [cit. 2007-03-22]