MODUL 1 · OSNOVE INDUSTRIJSKE ROBOTIKE
Nastavna jedinica 1.2
Glavni dijelovi industrijskih robotskih sustava
Robotski sustav je više od ruke. Uz mehaniku tu su pogoni i prijenosnici, davači položaja, kontroler s pogonskim pojačalima i ulazno-izlaznim sklopovima, privjesak za učenje, alat na prirubnici i sva periferija bez koje ćelija ne radi. Ova jedinica taj sustav razlaže na dijelove koje treba znati prepoznati na stroju i pronaći u dokumentaciji.
- imenovati glavne sklopove industrijskog robotskog sustava i njihovu ulogu
- opisati mehaničku strukturu ruke i vrste zglobova
- objasniti zadaću servopogona, prijenosnika i davača položaja
- opisati ustroj kontrolera i namjenu privjeska za učenje
- razlikovati vrste prihvatnica i objasniti ulogu izmjenjivača alata
- procijeniti iskorištenje nosivosti robota prema masi na prirubnici
Mehanička struktura i zglobovi
Mehanička struktura industrijske ruke niz je krutih članaka povezanih zglobovima. Kod šestoosne artikulirane izvedbe niz počinje postoljem koje se pričvršćuje na temelj, a nastavlja se zakretnim tijelom, ramenom, nadlakticom i trodijelnim zapešćem. Na kraju zapešća nalazi se prirubnica na koju dolazi alat. Takav se raspored naziva serijskom kinematikom jer se gibanja zglobova zbrajaju od baze prema alatu.
Zglobovi su gotovo uvijek rotacijski, a rjeđe translacijski. Rotacijski zglob daje zakret jednog članka u odnosu na prethodni i mjeri se u stupnjevima, translacijski daje pomak i mjeri se u milimetrima. Osi se označuju brojevima od baze prema alatu, najčešće oznakama A1 do A6 ili J1 do J6, ovisno o proizvođaču. Poznavanje tih oznaka nužno je jer se na njih pozivaju i program i dijagnostičke poruke.
| Os | Članak koji pokreće | Vrsta gibanja | Tipično područje |
|---|---|---|---|
| 1 | zakretno tijelo oko okomite osi | rotacijsko | od -180 do +180 stupnjeva |
| 2 | rame naprijed i natrag | rotacijsko | od -110 do +130 stupnjeva |
| 3 | nadlaktica gore i dolje | rotacijsko | od -110 do +160 stupnjeva |
| 4 | zakret podlaktice oko vlastite osi | rotacijsko | od -350 do +350 stupnjeva |
| 5 | nagib zapešća | rotacijsko | od -125 do +125 stupnjeva |
| 6 | zakret prirubnice | rotacijsko | neograničen ili vrlo velik |
Konstrukcija ruke uvijek je kompromis između krutosti i mase. Kruća ruka manje se progiba pod teretom i daje bolju ponovljivost, ali je teža, pa traži jače pogone i sporije ubrzava. Zbog toga se kućišta izvode od lijevanog aluminija ili čelika s rebrima, a kod većih izvedbi ugrađuju se protuutezi ili plinske opruge koje rasterećuju drugu os.
Pogoni i prijenosnici
Svaku os pokreće servomotor, najčešće izmjenični sinkroni motor s trajnim magnetima. Servomotor se od običnog motora razlikuje po tome što radi u zatvorenoj petlji: upravljanje mu stalno mjeri položaj i brzinu te prilagođava struju tako da os slijedi zadanu putanju. Uz motor je ugrađena kočnica koja se otpušta strujom, pa pri nestanku napajanja zadržava os u zatečenom položaju.
Brzina servomotora prevelika je, a moment premalen za izravan pogon zgloba, pa se između motora i članka ugrađuje prijenosnik velikog prijenosnog omjera. Najčešća su dva tipa. Harmonijski prijenosnik radi na načelu elastične deformacije tankog ozubljenog prstena i daje omjere reda 1:50 do 1:160 uz vrlo malu zračnost i malu masu, pa se ugrađuje u zapešće i manje osi. Cikloidni prijenosnik prenosi opterećenje preko većeg broja valjaka, podnosi veće momente i udarce, pa se ugrađuje u prve osi većih robota.
| Svojstvo | Harmonijski prijenosnik | Cikloidni prijenosnik |
|---|---|---|
| Tipični omjer | 1:50 do 1:160 | 1:30 do 1:200 |
| Zračnost | vrlo mala | mala |
| Nosivost na udar | ograničena | velika |
| Masa i gabarit | mali | veći |
| Uobičajeno mjesto | zapešće i lakše osi | osi 1, 2 i 3 većih robota |
Pažnja
Kočnice na osima nisu radne nego pridržne. One zaustavljaju os koja je već stala i drže je u mjestu; nisu predviđene za kočenje robota u punoj brzini. Prije bilo kakvog ručnog otpuštanja kočnice na osi koja nosi teret treba osigurati da se ruka ne može spustiti, jer se pri otpuštanju giba samo pod vlastitom težinom.
Mjerni članovi
Upravljanje ne može voditi os koju ne mjeri. Zato je uz svaki motor ugrađen davač položaja koji kontroleru u svakom trenutku javlja gdje se os nalazi. Razlikuju se inkrementalni davači, koji broje impulse od trenutka uključenja, i apsolutni davači, koji u svakom trenutku daju stvarnu vrijednost kuta. Industrijski roboti gotovo redovito koriste apsolutne davače jer robot nakon uključenja mora znati svoj položaj bez traženja referentne točke.
Apsolutni davač pamti i broj punih okretaja, a taj se podatak kod starijih izvedbi čuva uz pomoć baterija u ruci ili u kontroleru. Prazna baterija ne kvari robota, ali briše podatak o položaju, pa se robot mora ponovno kalibrirati. Kalibracija se izvodi dovođenjem svake osi u tvornički označen položaj i potvrđivanjem te vrijednosti u kontroleru; bez nje programirane točke gube smisao jer se koordinatni sustav robota pomiče.
Uz davače na osima ćelija često ima i vanjske mjerne članove: senzor prisutnosti obratka u napravi, mjerne letve na dodatnoj osi, senzor sile na prirubnici ili kameru. Svi oni ulaze u upravljanje kao dodatna informacija, ali samo davači na osima sudjeluju u regulaciji gibanja.
Kontroler i privjesak za učenje
Kontroler je ormar u kojem se nalazi sve upravljanje robota. U njemu su napajanje i međukrug, glavno računalo koje izvodi korisnički program i planira putanju, pogonska pojačala koja iz međukruga oblikuju struju za svaki servomotor, ulazno-izlazni sklopovi za razmjenu signala s ćelijom te sigurnosni dio upravljanja s odvojenim, dvokanalnim sklopovima. Kontroler je ujedno i mjesto na kojem se čuva cjelokupan sadržaj robota: programi, točke, podaci o alatu i postavke.
Privjesak za učenje ručna je upravljačka jedinica sa zaslonom, tipkama i najčešće upravljačkom polugom. Njime se robot vodi u ručnom načinu rada, uče se točke, pokreće se i zaustavlja program te se čitaju dijagnostičke poruke. Na privjesku su i dva sigurnosna elementa: tipkalo za zaustavljanje u nuždi i troposložni prekidač dopuštenja, koji dopušta gibanje samo dok je pritisnut u srednji položaj.
U nosivost robota ulazi sve što visi o prirubnici, a ne samo obradak. Pomaknite klizače i pratite koliko je nosivosti iskorišteno i koliko ostaje rezerve.
Prirubnica, alat i prihvatnice
Na kraju zapešća nalazi se prirubnica normiranih dimenzija i rasporeda provrta, pa se alati različitih proizvođača mogu ugraditi bez prilagodbe. Na nju se pričvršćuje alat, a s alatom se definira i radna točka alata, koja upravljanju govori koju točku u prostoru treba voditi. Bez ispravno zadane radne točke alata gibanja po pravcu i zakreti oko alata ponašat će se neočekivano.
Najčešći je alat prihvatnica, kojom robot drži predmet. Mehanička prihvatnica hvata predmet prstima koje pokreće pneumatski ili električni pogon i pouzdana je kod krutih predmeta s jasno određenom hvatnom površinom. Vakuumska prihvatnica drži predmet podtlakom preko sisaljki i prikladna je za glatke, ravne i nepropusne površine. Magnetna prihvatnica koristi trajni ili elektromagnet i primjenjuje se na feromagnetnim predmetima, uz oprez zbog zaostalog magnetizma.
| Vrsta prihvatnice | Način držanja | Prikladno za | Ograničenje |
|---|---|---|---|
| Mehanička | stiskanje prstima | krute predmete s hvatnom površinom | traži prilagodbu prstiju obliku |
| Vakuumska | podtlak preko sisaljki | ravne i glatke nepropusne površine | ne drži porozne i hrapave predmete |
| Magnetna | magnetska sila | feromagnetne predmete | zaostali magnetizam i skupljanje strugotine |
| Posebna | igle, kuke, okviri | tkanine, vreće, velike ploče | izrada po mjeri zadatka |
Kada ista ćelija obavlja više poslova, na prirubnicu se ugrađuje izmjenjivač alata: gornji dio ostaje na robotu, a donji na svakom alatu u stalku. Izmjenjivač prenosi i medije — zrak, struju i signale — pa se alat mijenja u nekoliko sekundi bez zahvata čovjeka. Cijena je dodatna masa na prirubnici i nešto slabija ponovljivost od izravno vijčanog alata.
Periferija ćelije, napajanje i mediji
Robot sam po sebi ne proizvodi ništa. Oko njega je periferija: transporter koji dovodi i odvodi predmete, naprave koje predmet drže u poznatom položaju, stalak za alate, spremnici i palete, senzori prisutnosti i mjerni uređaji. Naprave su često najpodcijenjeniji dio ćelije, iako o njihovoj izvedbi ovisi hoće li robot uopće moći pouzdano uzeti predmet.
Zaštitni dio periferije obuhvaća ogradu s vratima i sigurnosnim prekidačem, svjetlosne zavjese ili skenere na mjestima ulaganja te sigurnosne sklopove koji sve to povezuju s upravljanjem. Uz to idu napajanje kontrolera, razvod stlačenog zraka s pripremnom grupom, energetski lanac ili spiralni vodovi koji vode kabele i crijeva uz ruku te odsis ili odvod medija ako ga proces traži.
Primjer
U ćeliji ZR-1 robot nosivosti 20 kg i dosega 1650 mm poslužuje CNC glodalicu. Periferiju čine paleta 1200 × 800 mm s 48 pozicija, naprava za prihvat prirubnice 180 × 180 × 20 mm mase 1,8 kg, stalak s dvije prihvatnice i puhalica za čišćenje škripca. Ćelija je ograđena ogradom visine 2000 mm, a na mjestu ulaganja palete ugrađena je svjetlosna zavjesa. Upravljanje vodi PLC S7-1500 preko mreže PROFINET.
Pri projektiranju ćelije vrijedi pravilo da se popis periferije radi prije izbora robota, a ne poslije. Robot se bira prema tome što mora doseći i koliko mora nositi, a oboje ovisi upravo o rasporedu periferije i o masi alata.
Ključni pojmovi
| Pojam | Značenje |
|---|---|
| Serijska kinematika | Raspored u kojem su članci povezani u niz, pa se gibanja zglobova zbrajaju od baze prema alatu. |
| Servomotor | Motor koji radi u zatvorenoj petlji, uz stalno mjerenje položaja i brzine osi. |
| Harmonijski prijenosnik | Prijenosnik velikog omjera i vrlo male zračnosti, s elastičnim ozubljenim prstenom. |
| Cikloidni prijenosnik | Prijenosnik koji opterećenje prenosi preko više valjaka i podnosi veće momente i udarce. |
| Apsolutni davač položaja | Mjerni član koji u svakom trenutku daje stvarnu vrijednost kuta osi, i nakon isključenja napajanja. |
| Radna točka alata | Točka na alatu koju upravljanje vodi po zadanoj putanji. |
| Izmjenjivač alata | Sklop na prirubnici koji omogućuje automatsku izmjenu alata zajedno s medijima i signalima. |
Provjeri se
Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.
Pitanje 1 od 3
Zašto industrijski roboti gotovo redovito koriste apsolutne davače položaja?
Apsolutni davač daje stvarnu vrijednost kuta odmah po uključenju, pa robot ne mora tražiti referentnu točku.
Pitanje 2 od 3
Cikloidni prijenosnik ugrađuje se u prve osi većih robota prije svega zato što:
Opterećenje se prenosi preko više valjaka, pa prijenosnik podnosi veće momente i udarna opterećenja.
Pitanje 3 od 3
Što ulazi u korisnu nosivost robota?
Nosivost obuhvaća prihvatnicu, izmjenjivač, prirubnu ploču i obradak, dakle sve što visi o prirubnici.
Odgovoreno 0 od 3.