Mukautuvan tarttujan suunnittelu robottisovelluksessa
Lyytinen, Janne (2014)
Lyytinen, Janne
2014
Automaatiotekniikan koulutusohjelma
Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2014-05-07
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201405261236
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201405261236
Tiivistelmä
Robotin tarttuja on yleinen suunnittelutyötä edellyttävä konstruktio asiakasräätälöitävien robotiikan toimitusprojektien sisällöissä. Erilaisille projekteille suunnitelluissa tarttujissa esiintyy huomattavaakin vaihtelua, koska suunnittelun lähtökohtana on aina asiakkaan työkappale. Työkappaleiden monimuotoisuudesta seuraa väistämättä monimuotoisia sovelluskohtaisia tarttujia.
Tässä työssä suunnitellaan tarttuja ajoneuvoteollisuuden komponenttien tuotantojärjestelmään kytkettyyn robottisoluun. Työn aluksi esitellään solun toimintaa ongelman määrittämiseksi. Tarttujasuunnittelulle luodaan pohjaa esittelemällä erilaisia olemassa olevia tarttujien teknologioita ja tarttujasuunnittelulle ominaisen suunnittelumetodologian piirteitä. Suunnittelutyö etenee konseptisuunnittelusta yksityiskohtaisempaan mekaniikkasuunnitteluun. Tarttujan toiminnalle muodostetaan vaihtoehtoisia toteutustapoja, joiden soveltuvuutta arvioidaan konstruktioiden jatkokehityksen ja simuloinnin avulla. Vaatimusten kartoittaminen on varsinkin projektin aluksi haastavaa, ja tarttujasuunnitteluprosessissa ilmenee koneensuunnittelulle ominaista iteratiivisuutta. Varioimalla konseptien ominaisuuksien lähtöarvoja ja toistamalla simulointia opitaan järjestelmän reunaehtoja ja ominaisuuksia.
Suunnitteluprosessin edetessä huomataan, että magneettitartunta on soveltuvin tartuntaperiaate tarkastellussa sovelluksessa. Magneettitarttujaa käytettäessä tarttujan mukautuminen tartuntapintaa vasten on onnistuneen ja hallitun tartunnan edellytys. Lisäksi kappaleiden satunnainen orientaatio edellyttää tarttujan mukautumista. Eräs työn osakokonaisuuksista on tarttujan mukautumismekanismin kehittäminen. Mukautumismekanismin toimintaperiaatteeksi valikoituu magneetin vapaa kellunta ja lukitseminen kiilakappaleiden ja pneumaattisen sylinterin avulla. Tehtyjen toimintaperiaatteiden valintojen pohjalta muodostetaan tarttujakonstruktio ja määritetään rakenteen mekaaniset kuormitukset, joiden avulla mitoitetaan tarttujan toimilaitteet ja muut koneenosat. Tarttujasta muodostetaan CAD – malli, ja rakenteessa esiintyviä jännityksiä ja siirtymiä simuloidaan elementtimenetelmää hyödyntämällä.
Suunnittelutyön jälkeen tarttujan komponenteista tehdään valmistus- ja kokoonpanopiirustukset. Komponentit valmistetaan ja hankitaan, jonka jälkeen tarttuja kokoonpannaan. Tarttujan toiminnallisuutta arvioidaan testaamalla, ja ilmenneitä tarttujan ominaisuuksien puutteita parannetaan korjaustoimenpiteillä.
Tässä työssä suunnitellaan tarttuja ajoneuvoteollisuuden komponenttien tuotantojärjestelmään kytkettyyn robottisoluun. Työn aluksi esitellään solun toimintaa ongelman määrittämiseksi. Tarttujasuunnittelulle luodaan pohjaa esittelemällä erilaisia olemassa olevia tarttujien teknologioita ja tarttujasuunnittelulle ominaisen suunnittelumetodologian piirteitä. Suunnittelutyö etenee konseptisuunnittelusta yksityiskohtaisempaan mekaniikkasuunnitteluun. Tarttujan toiminnalle muodostetaan vaihtoehtoisia toteutustapoja, joiden soveltuvuutta arvioidaan konstruktioiden jatkokehityksen ja simuloinnin avulla. Vaatimusten kartoittaminen on varsinkin projektin aluksi haastavaa, ja tarttujasuunnitteluprosessissa ilmenee koneensuunnittelulle ominaista iteratiivisuutta. Varioimalla konseptien ominaisuuksien lähtöarvoja ja toistamalla simulointia opitaan järjestelmän reunaehtoja ja ominaisuuksia.
Suunnitteluprosessin edetessä huomataan, että magneettitartunta on soveltuvin tartuntaperiaate tarkastellussa sovelluksessa. Magneettitarttujaa käytettäessä tarttujan mukautuminen tartuntapintaa vasten on onnistuneen ja hallitun tartunnan edellytys. Lisäksi kappaleiden satunnainen orientaatio edellyttää tarttujan mukautumista. Eräs työn osakokonaisuuksista on tarttujan mukautumismekanismin kehittäminen. Mukautumismekanismin toimintaperiaatteeksi valikoituu magneetin vapaa kellunta ja lukitseminen kiilakappaleiden ja pneumaattisen sylinterin avulla. Tehtyjen toimintaperiaatteiden valintojen pohjalta muodostetaan tarttujakonstruktio ja määritetään rakenteen mekaaniset kuormitukset, joiden avulla mitoitetaan tarttujan toimilaitteet ja muut koneenosat. Tarttujasta muodostetaan CAD – malli, ja rakenteessa esiintyviä jännityksiä ja siirtymiä simuloidaan elementtimenetelmää hyödyntämällä.
Suunnittelutyön jälkeen tarttujan komponenteista tehdään valmistus- ja kokoonpanopiirustukset. Komponentit valmistetaan ja hankitaan, jonka jälkeen tarttuja kokoonpannaan. Tarttujan toiminnallisuutta arvioidaan testaamalla, ja ilmenneitä tarttujan ominaisuuksien puutteita parannetaan korjaustoimenpiteillä.