PATRONI ROBOTYKI:
 

TEORIA ROBOTYKI

4.1.2. Chwytaki ze sztywnymi końcówkami

Sztywno zamocowane do mechanizmu napędowego końcówki chwytne, nieodkształcalnej przy wywieraniu nacisku na powierzchnie obiektu manipulacji, stwarzają możliwość łatwego przystosowania chwytaka dla różnych obiektów i do różnych warunków procesu manipulacji obiektem. Wymiana kształtowych nasadek końcówek chwytnych umożliwia uchwycenie obiektu o dowolnych kształtach i wymiarach. Kątowy lub linowe przemieszczenie końcówek chwytnych, a także zakres tych przemieszczeń oraz wartość siły chwytu zależą od struktury kinematycznej i parametrów geometrycznych mechanizmu chwytaka. Jako kryterium klasyfikacyjne rozwiązań konstrukcyjnych mechanizmów chwytaków ze sztywnymi końcówkami przyjęto liczbę i rodzaj par kinematycznych.

 

 

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image192.gif

 

 

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image193.gif

Rysunek 4.12 Rozwiązanie mechanizmu chwytaka zawierającego tylko pary klasy V.

Rysunek 4.13 Chwytak realizujący szczypcowy ruch końcówek

 

Najprostszym rozwiązaniem mechanizmu chwytaka zawierającego wyłącznie pary kinematyczne V klasy jest siłownik, którego cylinder jest połączony sztywno z jedną końcówką chwytaka, a tłok bezpośrednio lub pośrednio przez dzwignię dwuramienną z końcówką drugą (rys. 4.12). Częstym rozwiązaniem tego typu chwytaków jest urządzenie realizujące szczypcowy ruch końcówek (rys. 4.13) 

Zaletą chwytaków wyposażonych w mechanizm zawierający wyłącznie pary kinematyczne V klasy jest prosta budowa połączeń w parach kinematycznych, zapewniające zwartość i ułatwiająca wykonanie konstrukcji. Przez zastosowanie łożysk tocznych w obrotowych parach kinematycznych wpływ sił tarcia można ograniczyć do minimum.

Do niedogodności natomiast należy zaliczyć:

  • obciążenie napędu mechanizmu siłami bocznymi w przypadku niesymetrycznego obciążenia końcówek chwytnych,
  • zależności sił tarcia od położenia końcówek chwytnych,
  • zmienności siły chwytu w całym zakresie chwytania,
  • niezmienność początkowego i końcowego położenia końcówek chwytnych, tym samym stały zakres ich przemieszczania.

 Przykład 4.2

Dobrać chwytak siłowy pneumatyczny w taki sposób, aby rozwiązać problem chwytania detalu (nakrętki) w celu wykonania operacji paletyzacji tego typu detali, sposób uchwycenia detalu został zilustrowany na rys. 4.14, dane do projektu przedstawiono w tabeli 4.4.

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image194.jpg

Rys.4.14 Proces przenoszenia nakrętek

 

współczynnik bezpieczeństwa

S = 4

przyspieszenie ziemskie

g = 9.81 [m/s2]

masa końcówki chwytnej

mc = 0.03 [kg]

masa manipulowanego detalu

md = 0.052 [kg]

tarcie (pomiędzy detalem a końcówką chwytną)

µ = 0.2

ciśnienie robocze

p = 2÷6 [bar]

liczba szczęk chwytaka

pch = 3

maksymalna częstotliwość robocza chwytaka

c = 4 [Hz]

temperatura pracy

T=5÷60

Tabela 4.4 Dane do przykładu 4.2

 

Rozwiązanie:

Wykorzystując katalogi chwytaków, posiadające informacje techniczne można dobrać odpowiedni chwytak spełniający przedstawione w tabeli 4.5 wymagania. W tym przykładzie posłużono się katalogami chwytaków firmy FESTO .

Obliczenie potrzebnej siły chwytu chwytaka:

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image195.gif

Wartość http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image196.gif została wprowadzona do równania przedstawionego powyżej, ponieważ chwytak posiada 3 końcówki chwytne.

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image197.gif

Dobór odpowiedniego chwytaka z katalogu:

Na podstawie danych zawartych w katalogach firmy FESTO zdecydowano się przyjąć wstępnie chwytak trójpalczasty HGD-32-A, którego podstawowe parametry zamieszczono w tabeli 4.5, natomiast rysunki techniczne chwytaka i palca chwytaka zostały przedstawione na rys. 4.15 i rys. 4.16

 

ciśnienie robocze

p = 2÷8 [bar]

maksymalna częstotliwość robocza chwytaka

c = 4 [Hz]

temperatura pracy

T=5÷60

minimalny 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 palcu chwytaka

Fdynamiczne,max= 9 [N]

Tabela 4.5 Podstawowe parametry Chwytaka HGD-32-A firmy FESTO

 

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image198.gif

Rysunek 4.15 Rysunek techniczny chwytaka trójpalczastego

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image199.gif

Rysunek 4.16 Rysunek techniczny palca chwytaka

 

Sprawdzenie naprężeń dopuszczalnych chwytaka:

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image200.gif

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image201.gif

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image188.gif    warunek spełniony

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image202.gif

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image203.gif

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image204.gif   warunek spełniony

W celu wykonania operacji paletyzacji nakrętek należy zastosować chwytak HGD-32-A firmy FESTO.

 

Przedstawione powyżej zadanie rozwiązano w programie MapleTM, a kod programu zamieszczono poniżej.

 

restart;

dane:={m[d]=0.052,m[c]=0.03,S=4,mu=0.2,g=9.81};

F[ch]:=(1/3)*(m[d]*g*S)/mu;

F[statyczne,max]:=90;

F[statyczne]:=(m[c]+1/3*m[d])*g;

warunek_I:=F[statyczne]

warunek_I:=subs(dane,warunek_I);

verify(subs(dane,F[statyczne]),F[statyczne,max],'greater_than');

F[dynamiczne,max]:=9;

F[dynamiczne]:=m[c]*g;

warunek_II:=F[dynamiczne]

warunek_II:=subs(dane,warunek_II);

verify(subs(dane,F[dynamiczne]),F[dynamiczne,max],'greater_than');