PATRONI ROBOTYKI:
 

TEORIA ROBOTYKI

4.1.4. Chwytaki podciśnieniowe 

Ze względu na prostotę konstrukcji chwytaków podciśnieniowych, niewielki ciężar i zwykle mały koszt wykonania, chwytaki te są powszechnie stosowane. Jednak ich zastosowanie ograniczone jest następującymi warunkami:

  • przenoszone mogą być tylko te obiekty, które mają powierzchnię płaską lub kulistą o dużej gładkości,
  • niezbędna jest szczelność przyssawki - przeszkodą jest występowanie drobin (opiłków metali) między obrzeżem przyssawki, a powierzchnią chwytanego obiektu,
  • ze względu na określone pojemności urządzenia oraz konieczności wytworzenia określonej wartości podciśnienia, czas uchwycenia jest większy niż w przypadku innych chwytaków,
  • trwałośc przyssawki gumowej jest niewielka,
  • ograniczona temperatura stosowania (do 400 C dla wyższych temp. nawet do 1200 C stosuje się przyssawki z poliuretanu),
  • między przyssawką a obiektem powinna powstać siła tarcia statycznego,
  • dla zapewnienia zwolnienia obiektu należy po połączenia kolektora próżniowego z atmosferą, w celu przezwyciężenia częstego zjawiska tzw. Przyssania obrzeża przyssawki, wprowadzić do czaszy przyssawki dodatkowy krótkotrwały impuls ciśnieniowy,
  • chwytaki te są przyczyną hałasu powstającego w wyniku rozprężenia gazu, przez zastosowanie tłumików możliwe jest zredukowanie hałasu do kilkunastu dB.

Zasada budowy chwytaka podciśnieniowego została przedstawiona na rys. 4.15

 

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image206.gif

 

1.   obiekt manipulacji

2.   elastyczna przyssawka o  powierzchni czaszy A

3.   kolektor próżniowy

Rysunek 4.18 Budowa chwytaka podciśnieniowego

 

Najczęściej w procesie manipulacji z wykorzystaniem chwytaków podciśnieniowych (przyssawek) wykorzystuje się specjalnie zaprojektowane urządzenia wyposażone w odpowiednią ilość przyssawek. Dobór oraz liczba przyssawek jest związana z obliczeniami.

 Przykład 4.3

Dobrać typ i ilość chwytaków podciśnieniowych (przyssawek), aby rozwiązać problem podnoszenia i obracania elementów szklanych dla zrobotyzowanego stanowiska z rys. 4.19, mając dane przedstawione w tabeli 4.6 i schemat chwytaka podciśnieniowego (rys.4. 20).

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image207.jpg

Rysunek 4.19 Proces przenoszenia elementów szklanych.

ciężar płyt

mp  = 65 [kg]

kąt obrotu płyt przez manipulator robota

180 =

promień obrotu płyt

r = 0.8 [m]

czas obrotu dla 180

t = 1[s]

podciśnienie

pp=-70 [kPa]=-0.7[bar]

tarcie (pomiędzy przyssawką a płytą fornirową)

µ = 0.7

przyciąganie ziemskie

g = 9.81 [m/s2]

Tabela 4.6 Dane do przykładu 4.3

 

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image208.jpg

Rysunek 4.20 Schemat przyssawki

 

Rozwiązanie:

Wykorzystując katalogi chwytaków, można dobrać odpowiednie rodzaje przyssawek oraz ich ilość. W tym przykładzie posłużono się, podobnie jak chwytaków poprzednim przykładzie, katalogami chwytaków firmy FESTO . Analizując katalog chwytaków zdecydowano się na wykorzystanie przyssawek typu VAS-125-3/5-NBR. Założenia związane z przyssawkami należy sprawdzić w toku obliczeń.

Obliczenia obciążenia statycznego:

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image209.gif

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image210.gif

Obliczenie potrzebnej siły ssącej przy obciążeniu statycznym (współczynnik bezpieczeństwa S=2) :

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image211.gif

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image212.gif

Obliczenia obciążenia dynamicznego:

Z powodu szybkiego ruchu obrotowego płyty podczas manipulacji należy wykonać dokładne obliczenia związane z ruchem obrotowym. Ruch obrotowy dla 180 stopni w jednej sekundzie można zapisać w postaci dwóch ruchów tak, więc można obliczyć przyspieszenie kątowe jako:

 

 

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image213.jpg

 

Rysunek 4.21 Rozkład sił na przyssawce

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image214.gif

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image215.gif

Obliczenie prędkości kątowej:

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image216.gif

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image217.gif

Obliczenie siły odśrodkowej:

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image218.gif

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image219.gif

Obliczenie siły stycznej:

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image220.gif

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image221.gif

Obliczenie siły wypadkowej zgodnie z rys. 4.21:

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image222.gif

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image223.gif

Obliczenie potrzebnej siły ssącej Fs2:

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image224.gif

Gdzie siła tarcia jest równa:

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image225.gif

Wykorzystując równanie rzutu sił na oś x oraz powyższy wzór na siłę tarcia obliczono siłę ssącą:

(pominięto przyspieszenie względem osi y)

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image226.gif

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image227.gif

Obliczenie liczby przyssawek:

Dla przyjętego typu przyssawki VAS-125-3/8-NBR, dla której podciśnienie pu=-0.7 [bar], siła ssąca odczytana z katalogu firmy FESTO jest równa Fs=606 [N].  

Wyznaczenie dynamicznego współczynnika bezpieczeństwa:

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image228.jpg

Rysunek 4.22  Rozkład sił na przyssawce

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image229.gif

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image230.gif

Tak więc ilość przyssawek wynosi:

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image231.gif

http://www.robotyka.com/teoria/grafika/image232.gif

 

W celu zrealizowania procesu przenoszenia płyt, przestawionego na rys. 4.19 należy zastosować 13 przyssawek typu VAS-125-3/8-NBR, które należy zamontować na specjalnie skonstruowanym uchwycie przedstawionym przykładowo na rys. 4.22.

Powyższy przykład 4.3 rozwiązano w programie MapleTM, a kod programu zamieszczono poniżej.

>          restart;

>          dane:={m[p]=65,g=9.81,S=2,phi=Pi/2,r=0.8,mu=0.7,t=0.5,F[s]=606};

>          Q:=m[p]*g;

>          F[stat]:=Q;

>          F[s1]:=F[stat]*S;

>          omega:=epsilon*t;

>          epsilon:=2*(phi)/t^2;

>          F[o]:=m[p]*omega^2*r;

>          F[tau]:=m[p]*epsilon*r;

>          F[w]:=(F[o]^2+F[tau]^2)^(1/2);

>          równanie_1:=F[t]-F[w]=0;

>          równanie_2:=F[s2]-F[dyn]-F[stat]=0;

>          F[t]:=solve(równanie_1,F[t]);

>          F[dyn]:=solve(równanie_2,F[dyn]);

>          równanie_3:=F[t]=F[dyn]*mu;

>          F[s2]:=solve(równanie_3,F[s2]);

>          S[d]:=F[s1]/F[s];

>          wynik:=n>(F[s2]*S[d])/F[s];

>          F[stat]:=subs(dane,F[stat]);

>          omega:=evalf(subs(dane,omega));

>          epsilon:=evalf(subs(dane,epsilon));

>          F[o]:=evalf(subs(dane,F[o]));

>          F[tau]:=evalf(subs(dane,F[tau]));

>          F[w]:=evalf(subs(dane,F[w]));

>          F[t]:=evalf(subs(dane,F[t]));

>          F[s2]:=evalf(subs(dane,F[s2]));

>          F[s1]:=evalf(subs(dane,F[s1]));

>          S[d]:=evalf(subs(dane,S[d]));

>          wynik:=evalf(subs(dane,wynik));

>          ilość_przyssawek_n:=round((op(1,wynik)));