Prethodno poglavlje | Pocetna strana | Sledece poglavlje

 

 

5. ZAVRŠNI UREĐAJI

 

U glavi 1. ove knjige govorili smo o klasifikaciji poslova koje današnji roboti obavljaju: prenos materijala, procesne operacije, montaža, kontrola  itd. U skladu sa tim, u glavi 2. uveli smo pojam završnog uređaja koji, smešten na "vrhu" ro­bota, obezbeduje izvršenje postavljenog zadatka. Podsetićemo se da smo lanac robota funkcionalno razdvojili na minimalnu konfiguraciju (ruka) i završni meha­nizam (šaka robota). Završni mehanizam se sastoji do složenog zgloba šake (jedan do tri stepena slobode) i završnog uređaja. Dakle, završni uređaj je, sa stanovišta geometrije robota, poslednji segment u lancu. Taj poslednji segment često smo zvali hvataljka zato što su u najčešće upravo radi o uređaju za hvatanje predmeta. Medjutim, u ovoj glavi razmatraćemo čitav niz funkcionalno različitih završnih uređaja, u zavisnosti od zadatka koji robot treba da izvrši. Sa stanovišta funkcije, znači, završni uređaj je ono što obezbeduje interakciju robota sa radnom okolinom. Robot se često projektuje kao sistem opšte namene. Zatim mu se dodaje završni uređaj čime se robot osposobljava za izvršenje određenog zadatka. Ako se menja namena robota, promeniće mu se samo završni uređaj, na primer, umesto uređaja za hva­tanje stavke se zavarivačke elektrode. Ovakve mogućnosti potvrđuju fleksibilnost robota kao elementa proizvodnog sistema.

 

5.1. VRSTE ZAVRŠNIH UREĐAJA

 

Završne uređaje možemo funkcionalno podeliti u tri grupe:

 

- hvataljke,

- alati i

- merno-kontrolni uređaji.

 

Hvataljke su uređaji kojima se određeni radni predmet može uhvatiti, držati tokom prenošenja i na kraju ispustiti. Uglavnom se sreću kod zadataka prenošenja radnog materijala, kod opsluživanja mašina (stavljanje radnog predmeta u mašinu i vađenje iz nje) kao i u zadacima montaže. Kada koristimo termin "uhvatiti" nameće se ideja hvatanja pomoću dva ili više prstiju. Međutim, hvatanje podrazumeva bilo koji postupak kojim se obezbeduje čvrst kontakt sa predmetom radi njegovog prenošenja (na primer, pomoću magneta ili vakuumske sisaljke).

 

Različite vrste alata sreću se kao završni uređaji kod robota koji obavljaju procesne operacije. Pod alatom tada podrazumevamo one uređaje kojima se izvršavaju neke radne operacije na predmetu proizvodnje:zavarivačka klešta,pištolj za prskanje farbe,tocilo za brušenje i sl.

 

Konačno, u zadacima kontrole proizvoda robot na svom "vrhu" nosi različitu mernu opremu neophodnu za izvršenje zadatka (npr. laserski uređaj za kontrolu kvaliteta površine).

 

Rekli smo već da se pri prelasku na novi zadatak ili novu proizvodnu operaciju mora promeniti i završni uređaj. Ako jedan robot obavlja niz proizvodnih operacija na  radnom predmetu, potrebno je u relativno kratkom roku promeniti veći broj završnih uređaja. Ovo je posebno slučaj kod takozvane fleksibilne proizvodnje kod koje svaki novi radni predmet može biti drugačiji i zahtevati drugačiju obradu. Da bi se omogućila brza promena završnog uređaja, projektuju se različiti sistemi vezivanja završnih uređaja za vrh robota. Moguća je, na primer, veza pomoću magneta ili neka drugačija veza ali se, svakako, zamena i vezivanje uređaja mora obavljati automatski tj. bez učešća čoveka. Na ovaj način dolazimo i do jedne mogućnosti koja ukazuje da prethodnu podelu završnih uređaja ne treba shvatiti suviše kruto.Naime, promena alata može se izvesti tako da se različiti alati uzimaju hvataljkom robota, a onda se njima izvršavaju proizvodne operacije. Tako se brzo mogu menjati završni uređaji i robot za kratko vreme može izvršiti niz proizvodnih i kontrolnih zadataka.

 

5.2. HVATALJKE ROBOTA

 

Već smo rekli da je glavna funkcija svake hvataljke da ostvari čvrst (krut) kon­takt sa radnim predmetom, da taj kontakt održi tokom određene putanje prenošenja i konačno da oslobodi predmet. Obično govorimo o hvatanju, prenošenju i ispuštanju predmeta.

 

 

SI.5.1.  Obična (a) i dupla (b) hvataljka.

 

Hvataljke mogu biti obične ili duple (sl.5.1). Dupla hvataljka je uređaj koji se sastoji od dve hvataljke montirane na vrhu robota. Ovakve hvataljke sreću se uglavnom kod zadataka u kojima robot stavlja i vadi radne predmete iz neke mašine (na primer prese). Tada robot jednom hvataljkom prinosi predmet, zatim drugom hvataljkom vadi prethodni predmet iz mašine pre nego što unutra stavi novi; konačno prethodni predmet se odlaže na to predviđeno mesto. Tako se brzo može izvršiti zamena radnog predmeta u mašini.

 

Hvataljke možemo podeliti i prema načinu hvatanja na:

 

- hvataljke sa mehaničkim prstima,

- hvataljke sa vakuumskim, magnetnim ili athezionim sistemom hvatanja,

- univerzalne hvataljke.

 

5.2.1. Hvataljke sa prstima

 

Hvataljke sa prstima su najčešće vrsta uređaja za hvatanje. Prema broju prstiju mogu biti: hvataljke sa dva prsta i hvataljke sa više prstiju. U industrijskim primenama pretežno srećemo hvataljke sa dva prsta. O njima ćemo ovde govoriti više, a hvataljke sa više prstiju opisaćemo u odeljku o univerzalnim hvataljkama.

Druga podela koja polazi od načina hvatanja deli hvatanje na spoljašnje i unutrašnje (sl.5.2).

 

 

 

 

Sl.5.2. Spoljašnje (a) i unutrašnje (b) hvatanje

 

Prema načinu kretanja prstiju hvataljke možemo podeliti na hvataljke sa ob­rtnim kretanjem prstiju i hvataljke sa translatornim kretanjem prstiju (sl.5.3).

 

 

 

 

Sl.5.3. Obrtno (a) i translatorno (b) kretanje prstiju

 

Razlike medu hvataljkama postoje i po načinu održavanja krutog kontakta hvataljke sa predmetom. Jedan način sastoji se u tome da se postave takva geo-metrijska ograničenja koja će onemogućiti relativno kretanje predmeta u odnosu na hvataljku (sl.5.4a). U drugom pristupu, geometrija hvatanja je takva da dopušta pomeranje predmeta u odnosu na hvataljku (dakle i ispadanje) ali do pomeranja ne dolazi zbog delovanja sile trenja (sl.5.4b).

 

 

 

 

 

SI.5.4. Dva načina zadržavanja  predmeta

 

Razvrstajmo sada hvataljke prema njihovoj kinematičkoj shemi tj. načinu transformisanja kretanja pogonskog motora u kretanje prstiju (hvatanje). Istov­remeno, to je i podela prema načinu ostvarivanja sile hvatanja. Pogonski sistem obezbedjuje pogonsku silu ili momenat Pp, a posredstvom određenog mehanizma ostvaruje se sila hvatanja Fh. Uočavamo sledeće tipove hvataljki:

 

- hvataljke sa zglobnim mehanizmom,

- hvataljke sa zupčastom letvom,

- hvataljke sa klinom,

- hvataljke sa zavrtnjem,

- hvataljke sa užetom i koturom,

- ostali tipovi hvataljki.

 

Opišimo nešto detaljnije sve nabrojane tipove.

 

Hvataljke sa zglobnim mehanizmom najbolje ćemo ilustrovati nizom primera prikazanim na slici 5.5. Zglobni mehanizam se može pokretati, na primer, hid­rauličnim cilindrom. Pogonsko kretanje (p) i kretanje hvatanja (h) označeni su na slici, a iste oznake važe i za sheme narednih tipova hvataljki. Dejstvo pogona može biti dvosmerno i tada je moguće ostvariti silu i pri otvaranju i pri zatvaranju hva-taljke. Dejstvo može biti i jednosmerno, kada silu ostvarujemo samo pri zatvaranju hvataljke, a za otvaranje se koristi neki elastični elemenat (na primer, opruga).

 

 

 

 

 

 

 

 

SI.5.5. Zglobni mehanizmi za hvatanje

 

 

 

SI.5.6. Hvataljke sa zupčastom letvom

 

Hvataljkesa zupčastom letvom karakteristične su po kinematičkom paru  zupčanik-zupčasta letva kojim se obrtno kre­tanje prevodi u translaciju i obrnuto­ (sl.5.6).

Princip rada hvataljke sa klinom prikazan je shematski na slici 5.7. Klin se pokreće pog­onskim motorom, a mehani­zam prati kretanje klina i tako ostvaruje hvatanje.

 

Naglasimo još da ne mora biti u pitanju klin već bilo koji istu­reni zub čije kretanje će preko pratećeg mehanizma dovesti do hvatanja (sl.5.7c)

 

Nekoliko varijanti hvataljke sa zavrtnjem prikazano je na slici 5.8.

 

 

 

 

 

SI.5.7. Hvataljke sa klinom                                 SI.5.8. Hvataljke sa zavrtnjem

 

 

 

SI.5.9. Hvataljka sa užetom i koturom

 

Rad hvataljke sa užetom i koturom zasniva se na obrtanju kotura, čime se namotava uže i tako povlače prsti hvataljke (sl.5.9). Ova hvataljka mora imati neki elastični momenat (npr. opruga) koji će omogućiti kretanje prstiju na suprotnu stranu.

 

Postoji još niz hvataljki različitog načina rada koje se projektuju za spe­cijalne namene. Jedan od čestih principa koji se primenjuju je širenje gu­menog rezervoara kada se u njemu povećava pritisak (naduvavanje). Na slici 5.10. prikazane su dve mogućnosti za korišćenje ovog principa. U slučaju (a) naduva se valjkasti rezervoar koji, kada se raširi u unutrašnjosti pred­meta, ostvaruje sa predmetom čvrst kontakt.U slučaju (b) naduvaju se prsti koji se takvog oblika da se pri širenju istovremeno i deformišu tako da se ostvari hvatanje.

 

5.2.2. Vakuumske, magnetne i athezione hvataljke

 

Ova tri tipa hvataljki razmatramo zajedno jer imaju određenih sličnosti. U pitanju su uređaji koji se na neki način "zalepe" za predmet.

 

Vakuumske sisaljke (sl.5.11) ostvaruju čvrst kontakt sa predmetom na taj način što pumpa izvlači vazduh stvarajući tako potpritisak. Radi ostvarivanja zadovoljavajućeg zaptivanja, ili sisaljka ili radni predmet moraju biti on mekanog materijala. Najčešće su u pitanju mekane  ivice sisaljke. Hvataljka se sastoji od jedne ili više sisaljki.Uslov za korišćenje vakuumskih hvataljki je da površina predmeta koji se hvata bude ravna i čista. Zato se ove hvataljke najčešće upotrebljavaju za rad sa pločastim predmetima, na primer, od metala ili stakla.

 

 

 

 

SI.5.10. Hvatanje na principu širenja pod pritiskom

 

 

SI.5.11. Vakuumska  sisaljka

 

Magnetne hvataljke ostvaruju vezu sa gvozdenim i čeličnim predmetima pomoću privlačne sile stalnog ili elektromagneta. Pogodnost ovih hvataljki je što ne zahtevaju ravnu i čistu površinu. Međutim, zbog mogućeg zaostalog magnetizma u predmetu, ove hvataljke se mogu uvek koristiti. Napomenimo još neke specifičnosti. Ukoliko hvataljka koristi stalni magnet, tada je neophodno predvideti poseban sis­tem za oslobođenje predmeta. Često se u tu svrhu koristi mali pneumatski cilindar sa klipom. Kada predmet treba ispustiti, klip gurne predmet dovoljnom silom i on se otkači od magneta. Konačno, javlja se i dopunski problem pri radu sa gvozdenim ili čeličnim pločama. Kako magnetno polje prolazi u dubinu čelika, to će privući ne samo jednu već više ploča naslaganih jedna na drugu.

 

Athezione hvataljke se "zalepe" za predmet posredstvom površine na koju je nanesena neka materija koja sa materijalom predmeta ostvaruje dovoljnu athezionu silu.

 

5.2.3. Univerzalne i prilagodljive hvataljke

 

 

Pod pojam univerzalnih i prilagod­ljivih hvataljki podrazumevaju se hvataljke koje mogu da hvataju predmete različitog oblika i veličine. U pitanju su razna konstruktivna rešenja koja omogu­ćavaju hvataljki da prilagođava svoj oblik predmetu. Osim toga univerzalnim hvataljkama smatraju se i hvataljke sa više prstiju koje, po ugledu na šaku čoveka, mogu hvatati predmete različite po ob­liku i veličini.

 

 

SI.5.12.   Hvataljka sa prilagodljivim ob­likom prstiju

 

Navešćemo dva primera prilagodlji­vih hvataljki. Na slici 5.12. prikazana je hvataljka čija su dva prsta napravljena u vidu mekanih plastičnih vrećica ispunje­nih sitnim kuglicama od tvrdog materi­jala. U svom osnovnom stanju ovakvi prsti su veoma rastresiti. Otuda, kada hvataljka počinje da hvata neki predmet, prsti se postepeno oblikuju prema površini predmeta koji hvataju. Dakle, prsti          prilagodavaju svoj oblik.Kada je hvatanje završeno tada vakuumska pumpa izvlači vazduh iz prstiju. Vrećica steže kuglice koje sada vrše jak pritisak jedna na drugu. Takvi prsti više nisu rastresiti nego veoma kruti, ali oblikovani prema predmetu.

 

Drugi način da se postigne prilagodljiv oblik prstiju je korišćenje člankovitih univerzalnih prstiju (sl.5.13). Potezanjem užeta prsti se skupljaju i pri tome obuhvataju predmet prilagodavajući mu se.

 

Hvataljke sa više prstiju najčešće imitiraju čovekovu šaku, pa imaju, u prin­cipu, pet prstiju. Nekada imaju tri prsta jer čovek niz radnji obavlja upravo sa tri prsta.

Pokretanje prstiju predstavlja poseban problem. Slika 5.14. prikazuje jednu mogućnost za pokretanje jednog od zglobova prsta. Pokretanje se ostvaruje povla­čenjem trake (užeta). Očigledno, na ovaj način svaki zglob zahteva poseban pogon i postavlja se veoma složen problem ostvarivanja koordinisanog i funkcionalnog kretanja prstiju.

 

 

SI.5.13. Člankoviti univerzalni prsti

 

 

SI.5.14. Pokretanje zgloba na prstu

 

 

SI.5.15. Hvataljke sa tri motora

 

Bez obzira na to dali imaju tri ili pet prstiju ove hvataljke su visoko re­dundantne. Da bi se razrešio problem redundantnosti često se pribegava uvođenju međuzavisnosti (zadatim sinergijama) koje imitiraju način hvatanja kod čoveka. Na slici 5.15. prikazana je hvataljka kod koje je konstruktivnim ugrađivanjem pogodne sinergije broj stepeni slobode smanjen na tri. Otuda se i pokreće sa tri motora. Motor 1 vrši obrtanje palca (prst 1 na slici). Motor 2 vrši savijanje prstiju 2 i 3, motor 3 savijanje prstiju 4 i 5.  Par prstiju (npr.  2 i 3) savija se uporedo sve dok neki od njih ne dodirne predmet. Tada, zahvaljujući sistemu opruga, taj prst ostaje da pritiska predmet, a drugi nastavlja savijanje dok i on ne dodirne predmet.

 

Na kraju izlaganja o hvataljkama reći ćemo da je osnova proračuna dinamičkog opterećenja hvataljke i sile hvatanja prikazana u prilogu P5.

 

5.3. ZAVRŠNI UREĐAJI ZA PROCESNE OPERACIJE I KONTROLU

 

Već smo rekli na početku ove glave da se roboti često koriste u proizvodnim operacijama koje podrazumevaju da se izvrši obrada radnog predmeta odgova­rajućim alatom ili pak kontrola izvršene obrade. Dakle, robot ne opslužuje mašinu koja vrši određenu obradu, već neposredno izvršava traženu operaciju. Stoga se robot oprema odgovarajućim završnim uređajem. Najčešće primere smo već spo­minjali: zavarivačka klešta u zadatku tačkastog zavarivanja i pištolj za prskanje boje u zadacima bojenja. Ako uzmemo u obzir veliku raznolikost primene robota jasno je da je bilo neophodno razviti čitav niz specifičnih uređaja koji odgovaraju pojedinim primenama. Otuda je veoma teško govoriti o ovim uređajima na jednom mestu. Pogodnije ih je opisati prilikom razmatranja primene robota, a to je u glavi 10.