Projektowanie stabilnych ram pod zrobotyzowane systemy

Roboty o lekkiej konstrukcji stają się w wielu obszarach przemysłowych coraz powszechniejsze. Używane są jako elastyczne i modułowe narzędzie, które można na wiele sposobów zintegrować z nowymi i już istniejącymi procesami produkcyjnymi. O ile roboty można określić z definicji jako urządzenia typu „plug-and-play”, o tyle w większości wypadków pod kątem mechanicznego podłączenia muszą być dopasowane do konkretnego zastosowania.

Wymagania stawiane mechanicznym łączeniom różnią się w zależności od zadania, które należy wykonać, działających sił oraz parametrów robota - tak jak widać to na zaprezentowanym tutaj przykładzie przenośnej zrobotyzowanej wyspy (zdjęcie 1). Tego rodzaju wstępnie skonfigurowane rozwiązanie należy sprawdzić na potrzeby planowanego zastosowania m.in. pod kątem stateczności, co zostało przedstawione na przykładzie.

Zdjęcie 1: Zrobotyzowana wyspa z wbudowaną szafką dolną (EX-01225).

Metoda obliczania stateczności

Za stateczność wolnostojącego obiektu odpowiadają przede wszystkim dwa parametry: powierzchnia zajmowana przez dany obiekt oraz jego środek ciężkości. Rozpatrując te parametry w kontekście przenośnej podstawy do rozwiązań zrobotyzowanych, częstym zabiegiem jest zwiększenie ich poprzez dodanie dodatkowych obciążników lub zwiększenie powierzchni instalacji, by w ten sposób przeciwdziałać siłom i momentom robota.

Z reguły obowiązuje zasada, by podstawę pod systemy zrobotyzowane zaprojektować w taki sposób, aby wytrzymała maksymalne możliwości robota nawet w najbardziej niekorzystnych warunkach, zapewniając przy tym odpowiedni stopień bezpieczeństwa - czyli biorąc pod uwagę najgorszy scenariusz. Tego rodzaju obliczenie można również przekształcić tak, by zoptymalizować konstrukcję. W niniejszym rozdziale przedstawimy zarys stosowanych obliczeń.

Nie wolno zapominać, że omówiona tutaj metoda obliczeniowa opiera się na założeniach statycznych, należy zatem założyć, że wszystkie komponenty są nieruchome i nie podlegają odkształceniu.

1. Plan sytuacyjny i środek ciężkości

Zdjęcie 2: Przyjmuje się, że środek masy robota to 50% zasięgu (r/2), tymczasem środek ciężkości konstrukcji (S) należy najpierw wyznaczyć.

2. Wykresy ciała swobodnego i siły tnące

Zdjęcie 3: Wykres ciała swobodnego robota w pozycji wyciągniętej oraz powiązane siły tnące.

Zdjęcie 4: Wykres ciała swobodnego konstrukcji wykonanej z profili oraz powiązane siły tnące.

3. Obliczanie sił przeciwdziałania

Wyznaczanie sił tnących płyty montażowej:

Wyznaczanie siły przeciwdziałania przy elemencie jezdno-wsporczym:

4. Analiza

Dodatnie siły przeciwdziałania oznaczają konstrukcję o wysokiej stateczności - spełniony musi być jednak poniższy prosty warunek:

Teraz można dodatkowo zoptymalizować konstrukcję, np. poprzez wyznaczenie najmniejszej możliwej rozpiętości instalacji, przy której konstrukcja nadal jest stabilna. W tej sytuacji należy założyć, że środek masy konstrukcji wynosi b/2:

Przykład

Ta konstrukcja jest stabilna nawet w przypadku najmniej korzystnego układu robota, jednak wyznaczona wartość ma charakter graniczny i nie zapewnia dodatkowego bezpieczeństwa.

Ciężar konstrukcji został zwiększony poprzez dodanie dodatkowych elementów, dlatego warto skorzystać w tym przypadku z najważniejszej właściwości systemu modułowego item: możliwości elastycznego skalowania. Przedstawioną tutaj zrobotyzowaną wyspę można poddać indywidualnemu skalowaniu.

Wnioski

Każdy robot, bez względu na to, czy mamy do czynienia z dużym robotem przemysłowym, czy mniejszym robotem o lekkiej konstrukcji, wymaga odpowiedniego mechanicznego zaplecza dopasowanego do danego zastosowania, by mógł prawidłowo wykonywać zadania. Zaliczają się do tego dodatkowe elementy dostosowane do konkretnego zastosowania oraz solidna podstawa umożliwiająca montaż robota. Podczas projektowania należy zatem uwzględnić stabilność - stateczność - całej konstrukcji. Jak już wspomniane zostało powyżej, ciężar oraz działające siły i momenty mają przy projektowaniu decydujące znaczenie. Jeśli poznamy czynniki mające wpływ na stateczność, konstruktorzy nie będą mieli problemów przy projektowaniu konstrukcji i zoptymalizowaniu jej pod kątem kosztów i bezpieczeństwa.

Zespół konstruktorów item z przyjemnością pomoże Ci przy zaprojektowaniu zrobotyzowanego systemu wykonanego z profili.

Źródło: item Polska
Redaktor: MRR