Lineaire Motor

Voorgaande overbrengingen zijn overbrengingen van een roterende naar een translerende beweging. Dit is lo- gisch, aangezien de roterende beweging aangedreven kan worden door een simpele roterende motor al dan niet met reductor ertussen. Bij een lineaire motor zorgt de motor direct voor een translerende beweging. In figuur 2.10a is hiervan een doorsnede te zien. Bij een lineaire motor is er een enkel- of dubbelzijdige magneet rail voorzien op het lineair positioneringssysteem en een aangestuurd deel op de translerende wagen. Het werk- ingsprincipe is gebaseerd op een elektromotor (Figuur 2.10b) [9]. Hierbij wordt een wisselend magnetisch veld opgewekt in de rotor, die zich bij een lineaire motor bevindt op het translerend deel en benoemd wordt als ’forcer’ in figuur 2.10a. De stator van de elektromotor wordt bij een lineaire motor uitgerold in de lengte. Door de combi- natie van het wisselend magnetisch veld en de rij permanente mageneten ontstaat een krachtwerking waardoor de ’forcer’ zal transleren.

Enkele voordelen zijn [8] [10]:

• Minder mechanische componenten die zorgen voor wrijving en geluid.

• Geen speling bij het omkeren van de richting.

• Zeer nauwkeurig en een hoge stijfheid (0,2 MN/mm).

Nadelen [8] [10]:

• De last wordt niet gereduceerd door een reductiekast. Hierdoor verwateren de dynamische prestaties enorm bij grote massa’s. Ook vereist een opstelling vaak een bepaalde reductie om zo te voldoen aan de nominale werkingssnelheid van de motor. Bij een lineaire motor is dit niet mogelijk.

• Kostelijk

• Bereikt snel hoge temperaturen waardoor koeling vereist is.

• Niet zelfremmend omdat het geen mechanische componenten heeft. Bij een elektriciteitspanne is er zo weinig wrijving waardoor de massa niet afgeremd wordt.

(a) Doorsnede lineaire motor (b) Werking lineaire motor

Figure 2.10: Lineaire motor

Volgens een paper worden lineaire motors soms teruggevonden binnen de farmaceutische wereld voor pick and place systemen. Door de hoge payload worden de dure permanente magneten echter sterk belast. Hierdoor is het gebruik van lineaire motoren in een 7-assige robot vaak te duur is ten opzichte van de meerwaarde [11].

2.2.5

Conclusie

Een lead-screw of ball-screw kan enkel toegepast worden bij een lengte minder dan 5 m. Een robottrack zal zo goed als altijd langer zijn dan 5 m dus deze optie zal niet lukken. Een lineaire motor heeft het voordeel dat zijn snelheid en versnelling relatief hoog is, maar de kost en het warmteverlies zijn grote nadelen bij dit ontwerp. Ook de reductie van de last, die normaal gebeurt door een reductiekast, is hier niet aanwezig. Daaruit kan geconcludeerd worden dat een tandlat en tandwiel verbinding de beste keuze is voor deze robottrack.

2.3

Geleiding

De lineaire geleiding van een lineair positioneringssysteem is één van de grootste factoren die de precisie en afwi- jking zal bepalen. Deze afwijking moet zo minimaal mogelijk zijn aangezien deze afwijking groter wordt naargelang de reikwijdte van de robot. Voor het geleiden van een robottrack zal gebruik gemaakt worden van een kogelgeleide lineaire geleiding (Figuur 2.11). Dit soort geleiding levert een hoge precisie, kan grote krachten aan en heeft weinig wrijving. Er zijn ook andere opties om iets lineair te geleiden. Het Maglev effect is één van deze opties waarbij de wrijving volledig geëlimineerd wordt. Momenteel is dit systeem nog niet genoeg ontwikkeld waardoor er nog te veel afwijking is. Onderzoek naar de dynamische stabiliteit is hierbij zeer belangrijk, aangezien dit soort geleiding zes vrijheidsgraden heeft, in tegenstelling tot de klassieke lineaire kogelgeleiding die er slechts één heeft [12, 13].

Figure 2.11: Doorsnede kogelgeleide lineaire geleiding

2.4

Frame

Het frame van het lineair positioneringssysteem zal ontworpen worden in een CAD omgeving en zal daarna geanal- yseerd worden aan de hand van CAE modules. Deze CAE modules bevatten eindige elementenanalyses die zullen bepalen hoeveel het frame zal vervormen. Hoe het frame wordt ontworpen hangt af van meerdere ontwerp- keuzes. Een frame kan ontworpen worden met als grootste prioriteit de prijs minimaliseren. Andere mogelijke prioriteiten kunnen de precisie, de stevigheid of het uiterlijk zijn. Voor het eerste ontwerp ligt de prioriteit vooral op de kostprijs en modulariteit. Om dit te bereiken zal het segment klein gemaakt worden om zo in veel toepassin-

2.4.1

Gietijzer

Gietijzer is hoofdzakelijk een legering van ijzer en koolstof. Het bevat ook nog mangaan, silicium, zwavel en fosfor die de structuur en eigenschappen van de legering beïnvloeden [14]. Zoals de naam zegt wordt gietijzer gegoten in mallen om zo bepaalde vormen te bekomen. Een eigenschap die we hieruit kunnen afleiden is dat gietijzer voor grote producties voordelig is omdat er één mal gemaakt kan worden die dan (zo goed als) ongelimiteerd gebruikt kan worden. Aan de hand van een stalen shotmal in plaats van een zandmal is het mogelijk om het gietijzer sneller af te koelen. Dit afkoelproces zorgt voor een kleinere microstructuur van het gietijzer dat hierdoor sterker zal zijn [15].

2.4.2

Staalplaten en -profielen

Standaard staalplaten en -profielen komen voor in elk metaalverwerkingsbedrijf. Het zijn vertrouwelijke producten die standaardlengtes hebben waarbij meestal gerefereerd wordt naar het MCB boek, van de firma MCB, of geli- jkaardige boeken van andere fabrikant. Staalplaten hebben het voordeel dat ze makkelijk te manipuleren zijn tot gewenste vormen aan de hand van plasmasnijders. In combinatie met standaardprofielen kunnen deze gelast worden tot zeer sterke constructies.

2.4.3

Conclusie

Aangezien het bedrijf HDM Engineers relatief klein is, valt de optie voor gietijzer snel weg. De machines om staalplaten en -profielen te vervormen en te versnijden zijn standaard te vinden bij metaalverwerkingsbedrijven. Bedrijven zoals ABB hebben wel het kapitaal om met gietijzer te werken waardoor ze bij grote oplages goedkoper zijn.

2.5

Inspiratie

Aangezien er geen literatuur te vinden is over het ontwerpen van het frame, is het belangrijk om te kijken hoe dit in andere bedrijven aangepakt wordt. In dit onderdeel is het de bedoeling om inspiratie op te doen bij reeds bestaande ontwerpen.

2.5.1

Pulmek

De lineaire robottrack van de firma Pulmek is het streefdoel qua uiterlijk (Figuur 2.12). Alles qua geleidingen, tandlat en kabelrails is perfect weggestoken onder het strakke ontwerp van de robottrack. Hoe alles gebundeld is langs de binnenkant is niet zichtbaar en wordt niet vrijgegeven door firma Pulmek [16].

2.5.2

Lazerarc

Het model van de lazerarc, is een goede inspiratie, aangezien er enkel gebruik wordt gemaakt van plaatstaal (Figuur 2.13). Enkele opvallende punten zijn hier [17]:

• Kabelrail is bevestigd tussen de geleidingen. Hierdoor wordt de kabelrail naast het positioneringssysteem vermeden en wordt de ruimte beperkt.

• Het lineair positioneringssysteem is instelbaar in de hoogte (Figuur 2.13c, groen).

• Eén segment heeft een lengte van 6 m. Indien er twee aan elkaar bevestigd moeten worden, gebeurt dit aan de hand van een plaat met gleuven en gaten in (Figuur 2.13c, blauw). Aan de hand van deze gleuven is het mogelijk om het tweede positioneringssysteem te gaan uitlijnen ten opzichte van het eerste. De gaten zorgen voor de stevige verbinding tussen twee segmenten(Figuur 2.13c, rood).

(a) Virtuele 2D (b) Realiteit

(c) legend