Robotyka cz.4.pdf
(
4970 KB
)
Pobierz
1129205 UNPDF
Sidła i wnyki
−czyli jak coś złapać i przytrzymać
Część 4
Dzisiaj postaram się przybliżyć Wam
problem łapania różnych rzeczy (z pomi−
nięciem co groźniejszych chorób). Czyn−
ność, którą każdy z nas wykonuje tysiące
razy dziennie wydaje się oczywista w rea−
lizacji. Ten pogląd – mylny zresztą – wyni−
ka z uniwersalności manipulatora, jakim
jest ludzka dłoń. O stopniu komplikacji
dłoni niech świadczy fakt, że jest zbudo−
wana z 27 odrębnych kości elastycznie ze
sobą połączonych ścięgnami i wiązaniami
chrzęstnymi. Na szczęście rzadko kiedy
potrzebny jest manipulator o takim stop−
niu uniwersalności. Dłoń ma możliwości
chwytów różnych rodzajów, z których nie
wszystkie są robotowi niezbędne. Warto
jednak uświadomić sobie, że chwytając
coś, odruchowo przekształcamy rękę
w jeden z uproszczonych układów (Uwa−
ga: one wszystkie mają swoje fachowe,
standardowe nazwy. Mniejsza o to.):
rrównolległłe – szczęki niezależnie od roz−
warcia zachowują równoległość (można
łapać obiekty o dowolnym rozmiarze nie
przekraczającym granicy rozwartości
szczęk), zbiieżne – szczęki obracają się
wokół osobnych zawiasów rozstawio−
nych na pewną odległość od siebie,
wskutek czego pierwsze stykają się
“opuszki” palców. Tak działa ludzka ręka
przy chwycie cęgowym, pozwala to
chwytać przedmioty o różnych rozmia−
rach, istnieje jednak dolna granica średni−
cy przedmiotu wyznaczona prześwitem
zaciśniętych kleszczy (ze względu na
układ stawów dla ręki ten prześwit jest
zerowy, jednak kleszcze robota nie mają
stawów). Mniejsze przedmioty można
złapać, o ile dadzą się ustabilizować w za−
cisku między “opuszkami” kleszczy. Trze−
ci typ kleszczy – rrozbiieżne – to po prostu
mutacja kombinerek – szczęki obracają
się wokół wspólnej osi. Rozwiązanie ma
tylko jedną zaletę: łatwo uzyskać duże si−
ły zacisku. Wady – przede wszystkim ten−
dencja przedmiotów o większych rozmia−
rach do “uciekania” spomiędzy szczęk –
bardzo ograniczają zakres stosowania te−
go rozwiązania.
Chwyttak dedykowany, tj. przeznaczony
tylko do danego typu elementów (zapew−
nia pełną stabilizację w trzech – czasem
dwóch – osiach), trójpalczasty chwyttak
rrównolległły lub uniiwerrsallny (gorsza stabi−
lizacja) lub klleszcze zbiieżne / równolległłe
(o nich w poprzednim punkcie, nadają się
w zasadzie tylko do lekkich lub niewiel−
kich przedmiotów – nie są w stanie prze−
nieść bez szkody dla trzymanego
przedmiotu zbyt dużych momentów gną−
cych).
Po kolei: Chwyttak dedykowany, np.
tylko do kijów od szczotki (no, dobra – pro−
wadnic rakiet) może być np. parą kleszczy
zamontowanych na końcach półmetro−
wego drąga nośnego tak, że zaciskając
się mogą uchwycić pręt równoległy do te−
go drąga. Rozstaw punktów uchwycenia
tego pręta (0,5 m) pozwala zmniejszyć ra−
dykalnie obciążenia skręcające na kle−
szczach, ale taka konstrukcja nie nadaje
się do łapania niczego innego, jak właśnie
takich prętów o długości powyżej 0,5m.
Poza takim – w sumie typowym – rozwią−
zaniem manipulatora dedykowanego po−
zostaje cała gama manipulatorów wyko−
rzystujących indywidualne cechy łapa−
nych elementów, ale ze względu na abso−
lutny brak uniwersalności pominę je
w tym artykule.
Drugie rozwiązanie – chwyttak trrójjpall−
czastty równolległły – to, jak sama nazwa
wskazuje, trzy palce ustawione tak, że
płaszczyzny ich ruchu są równoległe do
siebie. Dwa skrajne palce obejmują przed−
miot z jednej strony, a środkowy – z dru−
giej. Palce wyposażane są zazwyczaj wje−
den staw “po drodze” (oprócz zawiasu
przy “śródręczu”), czyli składają się
z dwóch segmentów każdy. Nie oznacza
to jednak, że robot może każdym seg−
mentem niezależnie sterować – najczę−
ściej stosuje się rozwiązanie znane z na−
szych dłoni, to jest związanie mechanicz−
ne serwa zaciskowego palca z obydwo−
ma punktami obrotu. Aby zrozumieć, co
napisałem, najprościej obejrzeć jak działa
1) dla przedmiotów kulistych (np. jabłko) –
chwytt kullowy: przedmiot spoczywający
na śródręczu jest obejmowany z jednej
strony przez szeroko rozstawione cztery
“długie” palce, a z drugiej – stabilizowany
przez kciuk. Do potrzeb robota liczbę pal−
ców redukuje się do trzech, zazwyczaj
rozstawionych co 12
0
. Do chwytania
przedmiotów o typowych średnicach, le−
żących w niewielkim przedziale wartości
(25%) wystarczą palce sztywne (ludzkie
zginają się “po drodze” w trzech sta−
wach, kciuk – w dwóch). Taki manipulator
jest charakteryzowany przez minimalną
i maksymalną średnicę chwytu (odpowie−
dnio: średnica kuli trzymanej pewnie przy
całkowicie zaciśniętym chwytaku i naj−
większej kuli trzymanej opuszkami “pal−
ców” za “równik”).
3) dla przedmiotów “okrągłych” (np. kij,
szklanka, szczebel drabiny) stosowany
jest chwytt cylliindrryczny: cztery dłuższe
palce ustawione równolegle owijają
przedmiot z jednej strony, kciuk z drugiej.
Odmianą chwytu cylindrycznego jest
chwyt “korbowy” – wszystkie palce z jed−
nej strony chwytanego elementu. Dla
ludzkiej dłoni chwyt “korbowy” to jedyny
bezpieczny chwyt przy łapaniu przedmio−
tów w ruchu, lub mogących gwałtownie
przyspieszyć (np. korba rozruchowa silni−
ka starego samochodu) – nie istnieje groź−
ba wybicia kciuka. Na szczęście ten pro−
blem nie będzie trapił naszego robota –
przynajmniej na razie.
Jeśli zachodzi potrzeba zastosowania
przez robota chwytu cylindrycznego sto−
suje się generalnie trzy rozwiązania:
2) dla przedmiotów drobnych rozmiarów
(zapałki, szpilki) – chwytt cęgowy (“dwa
palce”). Przedmiot jest umieszczany mię−
dzy palcem wskazującym a kciukiem.
W robotyce układ taki realizują kleszcze
zaciskowe w jednej ze swoich odmian:
68
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/99
własny palec. Nie można (pomijam tych,
którzy mają kłopoty ze stawami) zgiąć tylko
ostatniego segmentu palca. Dwa najwyż−
sze stawy zginają się zawsze razem. Jeśli
jeden utraci możliwość ruchu (kontakt
z chwytanym obiektem) następny konty−
nuuje zaciskanie i vice versa. U robota rea−
lizuje się to zazwyczaj cięgnem elastycz−
nym związanym z końcem palca i prowa−
dzonym wewnątrz niego tak, że skracanie
cięgna zginać będzie palec. Zastosowanie
cięgien pozwala też przenieść serwa mani−
pulatorów poza obręb ręki – w “śródrę−
czu” cięgno wchodzi w sztywny pancerz
prowadzący je do serwa np. w podstawie
manipulatora. Wada cięgna pancerzowe−
go: większe opory. Zaleta: mniejsza masa
“ręki”. Odmianą chwytaka równoległego
jest maniipullattorr uniiwerrsallny (rrys.. 1)), sta−
nowiący coś pośredniego między układem
równoległym a kulowym: Płaszczyzny ru−
chu dwóch palców tworzą kąt dwuścienny
o mierze ok. 60 do 90
0
, a płaszczyzna ruchu
trzeciego palca dzieli ten kąt na połowy.
Możliwości ruchowo – chwytne takiego
ustrojstwa najlepiej obserwować analizu−
jąc ruchy dłoni o złączonych razem koń−
cówkach palców: wskazującego i środko−
wego (pierwszy “palec” robota) oraz ser−
decznego i małego (drugi “palec”). Kciuk
wystąpi w roli trzeciego, przeciwstawnego
palca. Takie urządzenie jest już dość uni−
wersalne, pozwala chwytać zarówno
przedmioty kuliste, jak i cylindryczne. Poza
tym umożliwia chwyt stożkowy (“w trzy
palce”) i cęgowy opuszkami palców (przy
jednym palcu nie uczestniczącym).
Poza możliwościami chwytania zasto−
sowanymi przez naturę w naszych rękach,
istnieje wiele innych, jak chociażby przy−
ssawki (ośmiornice?) czy elektromagnesy.
Te stosuje się w specyficznych warun−
kach, raczej rzadko w robotach uniwersal−
nych – mają małe zakresy zastosowań.
No dobrze. Zazwyczaj w swoich artyku−
łach mówiłem, jak coś zrobić samemu i są−
dzę, że wielu Czytelników na to czeka –
dzięki, że listami do Redakcji wyraziliście
swoje zainteresowanie cyklem! Monsieur
Górecki we wstępniaku z maja napisał, że
dużo ludzi chce dalszego ciągu robotyki,
bardzo się ztego cieszę – napiszcie tylko do
mnie (mój e−mail znajdziecie na końcu arty−
kułu), co chcielibyście ujrzeć w następnych
odcinkach. A teraz – konstrukcja.
Proponuję manipulator trójpalczasty uni−
wersalny, czyli w układzie palców jak na rry−
sunku 1, napędzany cięgnami, wykonany
z metalowych rurek cienkościennych, lub –
łatwiej – zlaminatu (takiego na płytki druko−
wane). Ideę działania pojedynczego palca
ilustruje rrysunek 2 (2a – palec z laminatu,
2b – palec z rurek, zasada ta sama). Skraca−
jąc cięgno powoduje się zginanie palca.
Dobierając siły napięcia sprężyn / gum
Rys.. 1
to 3 warstwy + 2 przekładki, a mocowanie
do części bazowej – “śródręcza” to cztery
warstwy. Na rysunku 2b pokazano palce
pozbawione jednej warstwy mocowania
i jednej warstwy segmentu środkowego.
Taka warstwowa konstrukcja podyktowa−
na jest koniecznością zapewnienia sztyw−
ności stawom. Warstwy klei się ze sobą,
a całe segmenty – skręca śrubami, nie za−
ciskając ich (swoboda ruchu stawów).
W połączenia obrotowe można wpuścić
trochę oleju – zmniejszy to opory tarcia.
Bolce w segmencie środkowym (przecho−
dzące na wylot) służą do prowadzenia cię−
gna i zaczepienia gumek (sprężynek) po−
wrotnych.
Jako cięgna należy zastosować linki
w pancerzu (chyba, że serwomechanizmy
zamontuje się w “śródręczu”, wtedy moż−
na zrezygnować zpancerza). Do większych
manipulatorów można wykorzystać stan−
dardowe cięgna samochodowe, są one
jednak dość sztywne, co spowoduje ko−
nieczność zastosowania silnych sprężyn
powrotnych i serw o dużej sile pracy. Ideal−
ne są specjalne modelarskie linki w pance−
rzu, trudno je jednak kupić. Jeśli serwa za−
montowane zostaną w nadgarstku (sztyw−
ne połączenie ze śródręczem) pancerze nie
będą konieczne i jako cięgna można będzie
zastosować np. plecionkę wolframową
(sprzedawaną w sklepach wędkarskich).
Pamiętać należy, że cięgno napinane jest
siłą kilka(naście) razy większą od siły zaci−
powrotnych reguluje się tendencje sta−
wów: staw o mniejszej sile naciągu powro−
tu zgina się pierwszy. Można próbować tak
dobrać siły, aby oba stawy palca zginały się
jednocześnie. Do typowych zastosowań
naciąg dobiera się tak, aby pierwszy zginał
się staw bliżej końca “palca” – chwytany
przedmiot jest wtedy najpierw obejmowa−
ny, a następnie zaciskany w uchwycie.
Wykonanie
Z laminatu należy wyciąć części palców
– rysunek pokazuje w przybliżeniu ich
kształt, dokładne wymiary trzeba dobrać
doświadczalnie w oparciu o rodzaj i gabary−
ty chwytanych obiektów. Konstrukcja jest
wielowarstwowa, co obrazuje diagram
w dolnej części rys. 2b: końcówka palca to
2 warstwy + przekładka (wszystkie prze−
kładki należy wykonać z laminatu grubsze−
go od tego użytego na segmenty zasadni−
cze, aby zapewnić niezbędne luzy na połą−
czeniach obrotowych), segment środkowy
Rys.. 2a
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/99
69
(szkic w dolnej partii rysunku
pokazuje kształt, który trzeba
uzyskać) i łączy zawiasowo, jak
to widać na przekroju. Wzawia−
sach należy umieścić sprężyny
powrotne, prostujące palec bez
obciążenia. Wewnątrz palca
przeciąga się cięgno, mocując
je tylko do ostatniego segmen−
tu. Reszta – jak poprzednio.
Trzy tak wykonane palce łą−
czy się z podstawą – “śródrę−
czem” – w układzie pokaza−
nym na rys. 1. Przy palcach zla−
minatu można po prostu zasto−
sować lutowanie, palce z rurek
trzeba zainstalować jakoś ina−
czej (chyba, że też dadzą się lutować).
Chwytając takim czymś obiekty o dużej
średnicy zaciska się jednocześnie wszyst−
kie palce. Jeśli obiekt jest zbyt mały (ale nie
bardzo mały) można spróbować zacisnąć
najpierw częściowo dwa mniej rozsunięte
palce, potem (na nich) zacisnąć trzeci, a na
koniec napiąć wszystkie naraz. Najmniejsze
przedmioty chwyta się opuszkami – dlate−
go palce z laminatu mają ostatni segment
ukształto−
wany tak,
jak na ry−
sunku – bo−
lec w środ−
kowym segmencie ograniczy ruchomość
stawu ipozwoli precyzyjnie zamknąć chwyt
stożkowy opuszkami palców (bolec należy
umieścić tak, aby kąt w zgięciu tego stawu
wynosił ok. 90
0
).
Jeśli ktoś dysponuje instalacją pneuma−
tyczną lub hydrauliczną, może ułatwić so−
bie znacznie realizację chwytaka, budując
palec jak na rrys.. 3. Jest to po prostu grubo−
ścienna gumowa rurka (zatkana na końcu),
w której wykonano szereg nacięć. Do
wnętrza rurki należy wsunąć drugą, z cien−
kiej gumy, którą dołącza się do przewodu
ciśnieniowego. Przy zwiększaniu ciśnienia
całość będzie wyginać się w kierunku “od
nacięć”. Nie prezentuję tu żadnych konkre−
tów, gdyż mało kto może wykorzystać
ciecz lub gaz pod ciśnieniem jako czynnik
roboczy.
I to tyle w tym miesiącu.
Rys.. 2b
sku manipulatora (pamiętać też o tym nale−
ży dobierając serwomechanizmy do takie−
go manipulatora).
Jeśli ktoś ma możliwości i umiejętności
wymagane do obróbki metali, może wyko−
nać manipulator z rurek cienkościennych –
jak pokazuje to rysunek 2b. Z metalowej rur−
ki wycina się i wygina segmenty palców
Marrek Lewandowskii ii Alliicjja Ossowska
70
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/99
Rys.. 3
Plik z chomika:
andrzej5651
Inne pliki z tego folderu:
Mały robot mobilny obserwujacy otoczenie przy pomocy kamery.pdf
(5563 KB)
Języki programowania robotów.pdf
(274 KB)
Programowanie robota dla zadanych cykli pracy - A.Jardzioch.pdf
(1709 KB)
Roboty przemysłowe Fanuc S-420F.pdf
(639 KB)
Programowanie ruchów roboczych maszyn robót ziemnych - J.Cendrowicz.pdf
(160 KB)
Inne foldery tego chomika:
Allan Bradley
Książki PLC
Moeller - Easy
PLC
Siemens - Simatic
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin