Politechnika Śląska

Wydział: Mechaniczny Technologiczny

Kierunek: Automatyka i Robotyka

Semestr: IV

PODSTAWY KONSTRUKCJI MASZYN

Projekt typoszeregu chwytaków

Grupa 2

Paweł Sowiński

Wstęp

Podstawowymi zespołami funkcjonalnymi chwytaka są: układ napędowy, układ przeniesienia napędu i układ wykonawczy. W układzie napędowym zostaje wytworzona siła która jest przekazywana na końcówki chwytne. Układ wykonawczy może być wyposażony
w sztywne, elastyczne lub sprężyste końcówki.

Chwytaki w procesie manipulacji realizują trzy podstawowe zadania

• Pobranie obiektu z położenia początkowego

• Trzymanie obiektu w czasie trwania jego przemieszczania

• Uwolnienie obiektu w miejscu docelowym

Podział chwytaków ze względu na:

1. sposób trzymania obiektu

• Siłowe

• Kształtowe

• Siłowo –kształtowe

1. Rodzaj napędu

• Mechaniczny

• Pneumatyczny

• Hydrauliczny

• Elektromagnetyczny

• Adhezyjny

Najczęściej spotykane sposoby przeniesienia napędu stosowane w chwytakach to:

• Dźwigniowy

• Jarzmowy

• Klinowy

• Zębaty

Ogromna różnorodność obiektów manipulacji sprawiła, że chwytaki są obecnie najbardziej zróżnicowanym konstrukcyjnie zespołem maszyny. Na prawidłowe uchwycenie obiektu ma wpływ wiele czynników takich jak:

• właściwości manipulowanego obiektu

-masa

-położenie środka ciężkości

-moment bezwładności

-odporność na naprężenia zewnętrzne

-kształt i parametry geometryczne

• właściwości chwytne chwytaka

• błąd wzajemnego ustawienia obiektu i chwytaka

Przykładowe chwytaki:

a).dwupalcowy b.przyssawkowy c.trójpalcowy

Założenia:

1. Opis istoty działania

Opracować konstrukcję układu chwytaka realizującego 3 ruchy elementarne:

• uchwycenie obiektu manipulacji w położeniu początkowym

• trzymanie obiektu w trakcie trwania czynności manipulacyjnych

• uwolnienie obiektu manipulacji w miejscu docelowym

1. Dane sytuacyjne

2. Dane ilościowe

1. Dane charakterystyczne

D=33-68[ mm]
h=15-40 [mm]

1. Promień manipulatora R=1300[ mm]

2. Prędkość kątowa ramienia ω=1[ m/s]

3. Tworzywo: miedź

Możliwe rozwiązania konstrukcyjne i optymalizacja:

K1 - maksymalna zwartość konstrukcji chwytaka
K2 - minimalna masa
K3 - minimalna liczba elementów
K4 - maksymalna liczba elementów dobieranych
K5 - prostota montażu
K6 - prostota montażu kiści robota
K7 - zapewnienie prostoliniowości ruchu końcówek chwytaka
K8 - stabilna charakterystyka statyczna, przemieszczeniowa i siłowa
K9 - stabilność lub wzrost siły przy wzroście średnicy przemieszczenia obiektu
K10 – koszt

--	K 1	K 2	K 3	K4	K 5	K 6	K 7	K 8	K 9	K 10	ΣΚi
K 1	--	1	0.5	0.5	0.5	0.5	1	1	1	1	7
K 2	0	--	0.5	0.5	0.5	0.5	0	1	0	0	3
K 3	0.5	0.5	--	0.5	1	1	0.5	0	0.5	0	4.5
K 4	0.5	0.5	0.5	--	1	1	1	0	0.5	0.5	5.5
K 5	0.5	0.5	0	0	--	1	0.5	0.5	0.5	0.5	4
K 6	0.5	0.5	0	0	0	--	0.5	0	0	0.5	2
K 7	0	1	0.5	0	0.5	0.5	--	0	0	1	3.5
K 8	0	0	1	1	0.5	1	1	--	0.5	1	6
K 9	0	1	0.5	0.5	0.5	1	1	0.5	--	1	6
K10	0	1	1	0.5	0.5	0.5	0	0	0	--	3.5

	w1	w2	w3	w4	w5	w6	w7	w8	w9	w10	w.id
K1	1	3	2	1	1	3	2	1	3	3	3
K2	2	1	1	1	2	1	1	2	2	1	3
K3	3	2	3	2	2	2	1	2	2	2	3
K4	2	1	2	2	1	2	1	2	1	2	3
K5	2	3	3	2	1	1	1	3	1	1	3
K6	1	3	3	1	2	2	2	2	2	2	3
K7	2	2	3	3	2	2	2	1	2	1	3
K8	1	3	1	1	2	1	2	2	2	2	3
K9	2	2	3	3	2	1	2	1	1	3	3
K10	1	2	1	1	3	2	2	2	3	1	3
z	76	100.5	97,5	78	77	78	73	77.5	85	89	135
d	56%	74%	72%	58%	57%	58%	54%	57%	63%	66%	100%

Obliczenia:

Skład chemiczny i gęstość specjalnych stopów miedzi do przeróbki plastycznej (wg PN-92/H-87060)
H[mm]
15
22
29
35
40

Mmax = 1205,72 [g] = 1,20572[kg]

Mmin = 106,48 [g] = 0,10648 [kg]

1. Siła uchwytu w ruchu pionowym

Przyjmuje współczynnik tarcia oraz przyspieszenie a_p = 1[m/s²]

Rys.1 Rozkład sił

T- siła tarcia

G - siła ciężkości

F_b- siła bezwładności

Do obliczeń przyjmuje Mmax

G=g *M = 9.81[m/s²] *1.20572[kg] = 11.83 [N]

F_b=a*M = 1[m/s²] *1.20572[kg] = 1.21 [N]

Zakładając współczynnik bezpieczeństwa n=2

F_ch1 N=18.63*2 = 37.26[N]

1. Siła uchwytu w ruchu obrotowym

Siła odśrodkowa

Siła bezwładności (przyjmuje przyspieszenie a_o= 1 [m/s²]

Siła ciężkości

Siła wypadkowa

Współczynnik bezpieczeństwa n=2

*N=Fw

----------------------------------	Siła uchwytu
Ruch pionowy	37.26[N]
Ruch obrotowy	34.26[N]

a=0.040[m]

b=0.030[m]

c=0.040[m]

d=0.020[m]

l=0.120 [m]

y=0.074 [m]

Dobrano siłownik pneumatyczny producenta FESTO model: ADVU-25-25-P-A
- Tłok ∅: 25[mm]
- Skok: 25 [mm]

- Zakończenie tłoczyska: M10

- Siła dla ciśnienia 6bar przy wysuwaniu/ cofaniu: 295/245 [N]

Dobór przekroju ramion:

Wyznaczenie siły R_b która spowoduje w punkcie „B” siłę F_ch na końcu palca chwytnego - punkt „A”

D

B

Mg

F_ch=0,5*37.26 [N] l=0.12 [m] c=0.04 [m]

ΣM_D = -R_b·c+F_ch·(l-c)=0 ⇒ R_b= 37.26 [N]

Maksymalny moment gnący wystąpi w punkcie D

M_gmax = 37.26[N]*0.04[m] = 1.4904 [Nm]

Obliczanie na podstawie M_gmax przekroju palca chwytnego w warunku wytrzymałości na zginanie.

Wyznaczanie przekroju palca nr. 2

C

α

Mg

B

a=0.04[m]

F_b =R_b/sinα ⇒ F_b = 52.23 [N]

M_gmax = 52.23[N]*0.04[m] = 2.0895 [Nm]

F R_f

b

F_s E

C R_C

b=0.030[m]

R_f =R_c =1/2F_s

Maksymalny moment gnący wystąpi w punkcie E, wyniesie on ¼*F_s*b ⇒

⇒ M_gmax = ¼*149.1[N]*0.030[m] = 1.118 [Nm]

Dobieram dla każdego ramienia przekrój 5x5 [mm]

Obliczanie wymiarów sworznia:

W celu zwiększenia bezpieczeństwa z normy dobieram sworzeń o średnicy większej, równej 3[mm]

Typoszereg dla pokrywy

Model	Szerokość A	Szerokość B	Rozstaw Śrub	Rozstaw śrub od krawędzi	a	b	c
A0	25	64	57	9	3	7	17
A1	33	72	63	16	6	13	28
A2	40	80	74	23	8	18	39
Podstawowy	55	95	84	34	12	25	47
A3	64	105	93	40	15	31	56
A4	76	117	105	46	18	39	70

Wnioski:

Rozwiązanie zadania - zaprojektowania chwytaka mogącego przenosić obiekty o zróżnicowanej masie i wymiarach, najłatwiej było rozwiązać dzięki poznanemu na wykładzie PKM procesu projektowo-konstrukcyjnego. Zaczynając od formalizacji potrzeby, poprzez koncypowanie i utworzenie pola możliwych rozwiązań uzyskaliśmy 10 możliwych konstrukcji chwytaka, kolejny przeprowadzany etap procesu projektowo-konstrukcyjnego mianowicie optymalizacja wyłonił najlepszą ze względu na dobrane kryteria postać konstrukcyjną.

Następny krok procesu czyli konstruowanie okazał się najbardziej złożony, należało wykazać się wiedzą z wytrzymałości materiałów w celu zapewnienia odpowiedniej wytrzymałości na zginanie oraz ścinanie projektowanych elementów, wiedza z podstaw mechaniki pomogła przy wyznaczeniu siły potrzebnej do uchwycenia obiektu (uwzględniając różne czynniki zewnętrzne: siłę tarcia, bezwładności i odśrodkową) wymaganą siłę siłownika oraz jego skok wyznaczono z zależności trygonometrycznych

Ostatni krok czyli zapis konstrukcji okazał się najbardziej czasochłonny oraz interesujący, dzięki rysunkowi złożeniowemu który jest bardzo czytelną formą przedstawienia konstrukcji osoba która nie brała udziału w konstruowaniu w łatwy sposób może zrozumieć istotę działania, a rysunki wykonawcze pozwalają na odczyt wymiarów poszczególnych elementów oraz ich wytworzenie.

Rozwiązania konstrukcyjne powierzonego zadnia mogły być różnorakie, zależne zarówno od warunków w jakich ma pracować chwytak, dostępnych materiałów i środków a przede wszystkim od inwencji twórczej projektanta. Podczas projektowania zrozumiałem jak ważne jest minimalizacja masy elementów – powoduje to zmniejszenie potrzebnej energii a co za tym idzie zmniejszenie kosztów zarówno produkcji jak i użytkowania. Zrozumiałem również że, tworzenie typoszeregu środka technicznego jest bardzo istotne poprzez zmiany geometryczne oraz ewentualne drobne zmiany konstrukcyjne możemy w prosty sposób wykorzystując tą samą postać konstrukcyjną zapewnić (na przykładzie chwytaka) manipulacje obiektów niewielkich po bardzo duże o znaczącej masie przez co stajemy się bardziej konkurencyjni na rynku.

Dzięki poznaniu podstaw projektowania, uważam że projektowanie ze wspomaganiu komputerowym stanie się teraz dla mnie bardziej zrozumiałe a co za tym idzie – łatwiejsze.

Literatura:

G.Kost „Podstawy robotyki i budowy robotów”

R.Zdanowicz „Robotyzacja procesów wytwarzania”

Dobrzański Tadeusz „Rysunek techniczny maszynowy”

A.Rutkowski „Części maszyn”

Normy: M-83001, M-82001, M-82302,M-82153

www.robotyka.com

www.geomatic.com.pl

www.festo.com

www.gimatic.com