Het ontwerpen van grijpers en houders t.b.v. industriele robots

Het ontwerpen van grijpers en houders t.b.v. industriele robots

Citation for published version (APA):

Geujen, L. C. W. M. (1986). Het ontwerpen van grijpers en houders t.b.v. industriele robots. (TH Eindhoven. Afd. Werktuigbouwkunde, Vakgroep Produktietechnologie : WPB; Vol. WPA0302). Technische Hogeschool

Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1986

Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at: openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

'5

15

Y .

.s

0 )

JI-HET

ONTWERPEN VAN

GRIJPERS

EN

HOUDERS

T.B.V. INDUSTRIELE

ROBOTS Door: L.C.W.M. Geujen Rapportnr.: 0302 Juni 1986 Opdrachtgever Docent Segeleider Gekommiteerde Afdeling Vakgroep Groep Afstudeerperiode H.T.S. Venlo Ir. G.S.J. Peters Ing. H. Bultsn

Prof. Ir. J. van 8ragt Werktuigbouwkunde THE

Produktietechnologie en

Automatisering

Sedrijfsmechanisatie

...

,

..

- . . _ _ "11 . . . ""' . . ' I ...

• ir 'er¥o controlled, .ss.-bly hand with quick change fingertips de¥ice

1. 2. INHOUO$OPGAVE

ondetwerp

Voorwoord Opdracht Samenvatting - Nederlands - Duits Inleiding Voorstudie

2.1 Literatuuronderzoek naar de ontwerpaspekten

2. 1 • 1 Ooel 2.1.2 Werkwijze 2.1.3 Resultaten

eisen ten aanzien van de ontwerpcatalogus - een beschrijving van de ontwerpaspekten 2.2 Onderzoek naar de vorm van de ontwerpcatalogus 2.2.1 Doel

2.2.2 Werkwijze 2.2.3 Resultaten

- hat opstellen van een specificatie - voorbeelden uit de literatuur 2.2.4 Conclusie

- consequentie van de doelstelling - het opstellen van een menu

3. Conclusies en aanbevelingen 4. Literatuurlijst pagina -1- -3- -5- -6-

-8-

1D1 1 - -13- -15-

-16-Bijlagen

1. Beschrijving van de verzamelde ontwerpaspekten 58 pagina's voorzien van een inhoudsopgave en literatuurlijst

2. Ontwerpen op maakbaarheid en montage Prof. G. Boothroyd [8]

4 pagina's

3. Expert system guides CAD for automatic assembly Colin Runciman

4 pagina's

4. Een voorbeeld van een uitgewerkt flowchart 7 pagina's

VOOfWOord

Dit afstudeer-rapport vormt een samenvattend overzicht van het verrichte onderzoek dat is uitgevoerd om mijn studia aan de H.T.S. - Venlo. afdeling werktuigbouwkunde. te completeran Het onderzoek werd uitgevoerd bij de vakgroep Produktietechno-logie- en Automatisering. groep Badrijfsmechanisatia. van de afdeling Werktuigbouwkunde aan de Technische Hogeschool te Eindhoven.

Ik wil graag iadereen bedanken die een bijdrage geleverd heeft aan hat onderzoek.

In

hat bijzendar gaat mijn dank uit

naar

ing. H. Bulten an ir. G.S.J. Peters veor hun motiverende an aducatieve begeleiding.

I.H.B.O. - Venlo/H.T.S. Afstud.eropdracht Bedrijf: THE Code Datum Afdeling wa6-Ui januarie 86 W Student Docent Begeleider Gekommitteerde: Geujen Ir. G. Peters Ing. H. Sultan Prof.lr.J.v.8ragt Titel: Grijpers en houders t.b.v. industriele robots

Projektomschrijving:

Voor industriele robots dienen voor diverse toepassingen grijpers en houders te worden geconstrueerd.

T.b.v. de ontwerpers van deze grijpers en houdars dient een onder-zoek te worden verricht am te verkrijgen:

- een 5ystematische indeling van grlJpers en houders

- het uitwerken van ontwerp- en funktieaspekten die van belang zijn Het onderzoek dient te worden afge5loten met een eindver5lag dat als leidraad kan fungeren bij het construeren van grijpers en houders.

Samenvatting

Gedurende de afstudeerperiode is er een voorstudie verricht am een catalogus op te stellen dat als 1eidraad kan fungaren bij het ont-werpen van grijpers an houders ten behoeve van industriele robots.

Tijdens hat ondarzoak ward a1 snel duide1ijk dat het gekozen onder-werp zeer omvangrijk is, getuige da vele uitvoeringen van da robot-grijpers en -houders.

Zoals uit hat bovenstaanda blijkt z~Jn er veel faktoren van invload op hat ontwerp, vandaar dat eerst een inzicht verworven moest worden in de ontwerpaspekten van de robotgrijper en -houder.

Uitgaande van dit inzicht kon de vorm van de catalogus bepaald wor-den.

In dit rapport worden de resultaten van hat onderzoek samenge-vat weergegeven. Het rapport dient als basis voor aen varvolg-studie naar de ontwerpcatalogus voor grijpers an houders ten behoeve van industriala robots.

Zusammenfassung

Wahrend der Oiplomperiode ist aine Vorstudie geleistet nach dem ar-stellen aines Katalogen der zum Leitfaden gebraucht werden kann bei dem Entwurf von Graifern und Haltern fur Industrierobotar.

Wah rend der Untersuchung wurde schnell deutlich dass der gewahlter Objekt sehr umfangreich ist. wenn mann die viele Ausfuhrungen der Robotergreifern und -Halter in Anbetracht nimmt.

Wie sich aus dem Vorgehenden herausstellt sind viele Faktoren von Einfluss auf dem Entwurf, deswegen musste an erster Stella einen Einblick in die Entwurfaspekte dar Robotergreifer und -Halter er-rungen werden. Hit Hilfe dieser Einblick konnte die Form des Kata-logen bestimmt werden.

In diesar Bericht wird eine Zusammenfassung gegaben von den Resul-taten der Untersuchung. Oer Bericht soll einen Grundlage bilden fur eine weitere Untersuchung nach einem Entwurfkatalog fur Greifer und Halter ~ur Industrieroboter.

-1-1. In1ei~in9

Bij het ontwerpen van rObot-system.n blijkt hat ontwerpen van een grijper of houder de meeste problemen te geven. Het maakt niet uit hoe geavanceerd de robot-arm is. als de grijper of houder niet ge-schikt is voor de taak. kan deze niet naar tevredenheid worden uit-gevoerd. waardoor het hele robot-systeam niet maer voldoat.

cen universele grijper is lang een wens geweest en in de loop der jaren zijn er diverse complexe grijpersystemen ontwikkeld, waarbij de menselijke hand, met zijn 32 vrijheidsgraden en zijn duizenden positie-, kracht- en temperatuur-sensoren. als voor-beeld heeft gediend. Het niet perfekta technische model van het biologische exemplaar dat tot nu toe ontwikkeld is, is zwaar, onhandig en duur.

Het is daarom beter om grijpers af te stemmen op specifieke ta-ken. Ze moeten modulair en verwisselbaar zijn.

Het aanpassen van de grijper aan ean specifieke taak brengt veel-a1 beproevingen met zich mee, voordat ze in de praktijk bruik-baar zijn. Oit leidt tot kostenverhogingen. Het gebruiken van hulpmiddelen bij hat ontwerpen kan deze kosten drukken.

fen ontwerpcata1ogus is zo'n hulpmiddel. In het begin van het onderzoek ging de gedachte uit naar een catalogus waarin de volg-ende punten zouden zijn opgenomen.

- een systematische indeling van robotgrijpers en -houders - een uitwerking van ontwerp- en funktieaspekten die van

be-lang zijn.

Gedurende de afstudeerperiode is verder doorgedacht over de wijze waarop een dergelijk verslag als leidraad kan fungeren voor het antwerpen van grijpers en houders. Dit heeft gere-sulteert in een vooronderzoek naar het opstellen van een ont-werpcatalogus.

De voorstudie is op te splitsen in twee stappen.

- Oe eerste stap bestaat uit een literatuuronderzoek naar de ontwerpaspekten van de robotgrijper en -houder. Figuur 2

(pag. 1) geeft een overzicht van alle verzamelde ontwerp-aspekten. Een korte toelichting op elk van deze aspekten is te vinden in bijlage 1.

-2-Tijdens het onderzoek is vastgesteid dat er telkens verschil-lende faktoren van invloed zijn op het ontwerp van de robot-grijper of -houder, wat blijkt uit de grote hoeveelheid ver-schillende uitvoeringen die in de praktijk aan te treffen zijn. Het hieruit voortvloeiende probleem is:

welke vorm moet een ontwerpcatalogus hebben opdat het een, voor de constructeur, bruikbaar hulpmiddel is.

- Tijdens het tweede deel van het onderzoek werd dieper op deze vraag ingegaan. In eerste instantie werd gedacht aan een kant en klare ontwerpcatalogus die de constructeur zonder meer kan gebruiken voor het maken van iedere grijperconstructie. Het zou gedetailleerd moeten zijn. Echter deze opzet zou slechts leiden tot een complex Ieerboek waarin onderwerpen als kinematica en materiaalkunde een plaats zouden vinden. Een dergelijke cata-logus zou niet aIleen te groot worden maar ook te omslachtig zijn om ermee te kunnen werken.

Uit deze beschouwing kon de conclusie getrokken worden dat de ontwerpcatalogus zich moet beperken tot de specifieke grijper-aspekten en niet moet uitwijden over algemeen werktuigbouwkun-dige zaken.

Een dergelijke catalogus moet tevens gebruikt kunnen worden om een ontwerper van produkten of van gereedschap te duiden op speciale aanpassingen die hij in zijn ontwerp kan verwerken, opdat het makkeIijker met de grijper gehanteerd kan worden. Een optimaal produkt- of gereedschapontwerp bespaart de con-strukteur van een robotgrijper of -houder veel moeite en dus ook kosten .

Zoals gezegd bevat dit verslag de resultaten van de voorstudie. Achtereenvolgens zal voor beide delen van het onderzoek het doel, de werkwijze en de resultaten besproken worden. Verder zullen nog enkele conclusies getrokken en aanbevelingen gemaakt worden voor het aansluitend onderzoek.

Opmerkingen

1. Daar waar gebruik gemaakt is van gegevens uit de literatuur wordt dit vermeld. Om op een eenvoudige manier naar de ge-bruikte literatuur te verwijzen wordt gebruik gemaakt van haakjes met een nummer, bv. (1]. Het nummer correspondeert met het nummer van het boek op de literatuurlijst achter in het verslag.

2. V~~r de eenvoud van het verslag zal daar waar produkt en ge-reedschap bedoeld wordt gesproken worden over component en daar waar robotgrijper en - houder bedoeld wordt slechts ge-sproken worden over grijper.

-3-2. 0, yoor,tudi.

loals in de inleiding is vermeld is het onderzoek in twee stappen opgede.ld, te weten:

2.1 een literatuuronderzoek naar de ontwerpaspekten van.de grijper

2.2 een onderzoek naar de vorm van de ontwerpcatalogus

2.1 H,t lit.r,tyuroDd'rzptk D"r d. oDtwtrp •• D.kt.n

2.1.1 ~

Oit onderzoek was erop gericht om ontwerpaspekten te verzamelen en te rangschikken, zodlt niet alleen .en overzicht van, maar ook eerl inzicht i.n de materia gek.z'.ejl.r:1 kon worden_

2. 1 .2 Werkwl.;ze

Om doelgericht te werken, om op te letten dat ar Diet teveel tijd aan een bepaald onderwerp bestead wordt en om het onder-zoek makkelijk ta kunnen bijsturen werd gebruik gemaakt van een methode die gebaseerd is op de projektplanning van v. Bragt

(zie [1]). Figuur 1 (pag. 4) geeft deze werkwijze in grote 1ij-nen .. eer.

2.1.3 Resultaten

. Zoals uit figuur is op te make~ is, heeft het eerste deel van het onderzoek twee resultaten opgeleverd, te weten:

a. een lijst met eisen ten aanzien van de ontwerpcatalogus b. een beschrijving van de.ontwerpaspekten.

-4-orienta tie

vaststellen doel en werkwijz

plannen van de werkzaamheden

uitvoeren van de geplande werkzaamheden

verzamelen van literatuur bij hat onderwerp • verzamelen en rangschikken van grijperaspekten · dieper onderzoeken van bepaalde aspekten

bespreking met begeleider(s)

• checken van de vordaringen • bespreken van de knelpunten

· opstellen van eisen t.a.v. de ontwerpcatalogus

sa

ja

lijst met eisen

t.a.v.

de ontwerpcatalogus

beschrijving ontwerp-aspekten

(zie 2. 1 . 3 a) (zie 2.1.3 b)

figuur 1: werkwijze bij het literatuuronderzoek naar de ont-werpaspekten van de grijper

-5-a. Eisen ten aanzien van de ontwerpcatalogus

Tijdens de gesprekken met de begeleider(s) zijn enkele eisen naar voren gekomen, waaraan een ontwerpcatalogus zou moeten voldoen. Deze eisen vormen de basis voor het onderzoek naar de vorm van de ontwerpcatalogus. De volgende eisen werden geopperd:

Zowel de onervaren als de ervaren constructeur moet gebruik kunnen maken van de ontwerpcatalogus. De onervaren con-strukteur beschikt het liefst over gedetailleerde documen-tatie. terwijl de ervaren constructeur reeds genoe9 heeft aan een checklijst, zodat hij kan controleren of hij geen belangrijke punten bij het ontwerp vergeten is, waardoor hij een volledige specificatie krijgt.

De catalogus moet een systematische en overzichtelijke in-gang gaven in het ontwerpen van grijpers. Het overzicht is noodzakelijk voor een duidelijke analyse van het grijppro-bleem. De duidelijke struktuur is nodig om een goede syn-these te kunnen maken.

De informatie moet snel toegankelijk en gemakkelijk te hanteren zijn.

De nadruk moet liggen op specifieke grijperproblemen en niet op algemeen werktuigbouwkundige zaken.

De aspekten moeten niet te ver uitgediept worden, want op die manier is men bezig leerboeken te schrijven. De aspekten moeten kort maar krachtig toegelicht worden en daar waar het nodig is moet verwezen worden naar bijbe-horende literatuur voor verdere gedetailleerde informatie. De catalogus moet een getrapte opdeling bezitten. De be-langrijke kenmerken van de grijper moet in meer gedetail-leerde kenmerken opgesplitst worden.

De catalogus moet een verzameling van speciale grijperuit-voeringen bevatten die een oplossing bieden voor speciale grijperproblemen.

De catalogus moet duiden op het vereenvoudigen van het grij-perontwerp door het aanpassen van de component.

-6-b. fen beschrijviog van de ontwerpaspekten.

De beschrijving (zie bijlage 1) gaat uit van het overzicht op pag. 7. Gezien tegen de achtergrond van de eisen die aan de ontwerpcatalogus te stellen zijn kan met betrekking tot het overzicht de onderstaande punt en opgemerkt worden.

Het overzicht bestaat uit aen rangschikking van de uit de literatuur verzamelde ontwerpaspekten. Het mag duidelijk zijn dat de indeling niet gelijkwaardig is. De hoofdken-merken van de grijper zijn in het ovarzicht niet van de meer gedetailleerde of afgeleide kenmerkan te onderschei-den.

De indeling is niet geIijkwaardig en bevat tevens geen struktuur. Een struktuur is noodzakelijk om onderlinge verbanden tussen de ontwerpaspekten aan te geven.

De grijper vormt altijd een onderdeel van een geautomati-seerde machine en zal daarom duidelijk hierop moeten worden afgestemd. Haast de in het overzicht genoemde groepen van grijperaspekten kan er nog duidelijk een andere groep onder-scheiden worden. Namelijk de werkplek, de omgeving van de grijper speelt een belangrijke rol. De omgeving legt veelal grate beperkingen op aan de te antwerpen grijper.

-7-IONTWERPASP~KTEN VAN DE GRIJPERSI

~g: iiiIilTTfl•nni, atmetingen a geometric b. special. kenmerkefl eateriaal a. elasticiteit b brosheid C. magnetism. onnauwkeorigheld a. vorm.onnaUwkeurigheid C. massa_onnauwlceurlgheld C. finishing onnauwkeurightid C vorm_onnauwkeUriQhttd lot.

aggregati .toes tand oppervlaktegesteldheid a. globale Iceuze grijpmethodt C. go.dIc.ur produkt aantallen componenten invloed t.mperatuur op a. grijp.ruitvO.r,ng C. welalagen proces meerdere onderdelen 2 Robetp.eekten 2.1 hanteergewicht 2.2 b.w.gingsverloop

a. maicimale yersoelling en y.rtragiflg C. ber.ilcbaarheid positie C. uityoerbaarheid beweging onnauwnurigheid a. positioneren C. repeteren 2.4 aansturing gTIjPCT 2.5 Icoppeling a. .enduidigheld bevestigiflg C. gri)perverwisseling 2.6 omst.lti~d.n a. gemak grljperverwisSeliflg

C. eenyoud van aanpasa.n of verwisselen progra.wI.~

3.11.1 Mechaniscl, I. VOOrd.1.n madden vi ngergri ~per 4. UltvOering spanvlalc a. instelbar. gri3pbek b. Uitwlsselbar. gra3pb.k C. vormaanpass.nd. gri~pb.k d. Meervoudige grijpb.k 5. uitvoering grijper a. inwendig of uitwendjg C. meervoudig aandri2ving ipanbeweging a. pneumatiach C. hydraulisch C. elektrisch aandrijfel.msnten •t.3fh.id m.chanhsn,. 5panb~weglngen sriioerssoekten

opsluitiflg van de component a. kTaChtSlUjtjflg C. vormiluiting *1 ui tkrachtgroot te aantal gri~psrelementen gra)pergewiCht procesbewalcing mbv.sensora a. voortgingscontroi.. C. Cijaturing rep.teeronnauwlceuraghnd werkomstandigheden 3.0 opbouw a. modulair C. specifiek 3.9 veiligheid a. overbelaating en b.schadigin~ C. componentverlies c. operator 3.10 onderhoud 3.11 kJ..nm.ethoden 3.11.1 mechanhsch 3.11.2 magn.tisch 3.11.3 ond.r—Ioverdruk

I. wool- en nadelen permanent magnet 2. voordelen elektromagneet

3. magnetische hantering a. magnetische eigenschappen C. minimal. spleet

C. oppervlakt.conditie 4. kenmerlcen wnagn.tische kracht S. tenperatuurbereilc I. 1.1 1.2 1.3 ‘.4 1.5 I.’ I.? i.e de temperatuu 3. 3.1. 3.2 3.3 3.6 3.5 3.6 3.7

6. Aso.kt.n van a tee- •n afverimriehtjno 4.1 de masimale plaatsings-Iopneemkracht 4.2 toegank.la3khea.d inrichting

4.3 geordende of ongeordend. toevoer

5. Flexibiliteit

5.1 redenen voor fletibiliteit

5.2 •anier.n voor vergroting fleacibilit.it 5.2.1 gri)persnstelling 5.2.2 meervoudige grijpers 5.2.3 complianti. 5.2.1 griiperinst.J.ling I. wanneer 2. aJ.gemeen

3. problemen Ci) instelling 4. manieren a. handmatig I. aanpassing spanvlalcken 2. instellen spanvlakken 3. ,.nstellen spankrachtgrootte C. automatjsch I. goede gri)pereigenschappen 2. minimale inateltijd

3. sensorgestuurde instelling gn)pervlakken 4. groot instelbereili spanlcracht

5.2 3 compliant,. 1 dod 2. waarom 3. actieflpassjec 2. 3.

J.fl.Z Maefaetksfl _{3.11.3 Onder- of nerdruk}

A. Onderdruk I. voordelen

2. madden 3. toepasaingen

4. begrenzing toepassingen 5. eAten aan component 6. onderdrulc door

S. Overdruk

inwendig of uitwendig gri)p..

5.2.2 meervoudipe orilpers I. toepassingen 2. eanieren a. multigri)per I. toepassing 2. mogeli3lcheden C. wisselsyateem I. toepaas,ng

2. redenen voor verwisseling 3. nadelen 4. manieren a. handatatig I. toepassing 2. belangrijke aspeicten C. sutomatiach I. toepassing 2. manieren a. carroussel C. magazi)n 6. 7. S. S. to. II. I,. versterken kracht koppeling 13. glpaarde elementen

-1-2.2 HIt onderzoek naar de voT! yan de ontwerpcatalogus

2.2.1 ~

Het is belangrijk vast te stellen wat een constructeur wil doen met een ontwerpcatalogus en welke vorm die daarom moet krijgen.

2.2.2 Werkwiize

Om duidelijke eisen t.a.v. ean ontwerpcatalogus te kunnan for-mularen moest er een onderzoek verricht worden naar:

- de grate lijn die een constructeur volgt bij het ontwerpan van een grijper

- het doel van een ontwerpcatalogus - de vormgeving van aen ontwerpcatalogus

Zoals reeds in de inleiding is gesteld was het bepalen van de vorm van de ontwerpcatalogus een knelpunt in het verrichtte onderzoek. Om tach voldoende informatie en nieuwe aanknopings-punten te krijgen ben ik met verschillende deskundigen gaap praten. Tijdens de gesprekken zijn diverse interessante ge-zichtspunten naar voren gekomen die in het vo!gende zijn ver-werkt. Figuur 3 (pag. 9) geeft aan op welke wijze er gewerkt is.

2.2.3 Resultaten

Tijdens het onderzoek is een inzicht verworvan in de wijze waarop een grijperontwerp tot stand komt. Bij het ontwerpen kan grofweg onderscheid gemaakt worden in 3 stappen.

1. De eerste stap wordt gevormd door hat opstellen van een dui-delijke specificatie. Uitgaande van het gestelde ontwerppro-bleem wordt een lijst van eisen en randvoorwaarden opgesteld waaraan het te realiseren ontwerp moet voldoen.

2. Uitgaande van deze specificatie moat een aantal alternatie-ven opgesteld worden. Hierbij moet gebruik gemaakt worden van creativiteit en inventiviteit.

3. Uit de alternatieven maakt men een keuze die men vervolgens optimaliseert (belangrijk is het optimaliseren van de tech-niek in combinatie met de kosten).

Tijdens het ontwerpen moet er een terugkoppeling mogelijk zijn zoals in figuur 4 (pag. 9) is aangegeven.

-9-( start) I

•

orienta tie

vaststellen doel en werkwijze

~

plannen van de werkzaamheden

uitvoeren van de werkzaamheden

.

vaststellen grate lijn bij antwerpen bepalen doel ontwerpcatalogus

bepalen vorm ontwerpcatalagus

bespreking met begeleider(s)

harzien visia ontwerpcatalogus

•

L

/

specificatie ontwerpcatalogus

figuur 3: de werkwijze bij het ontwikkelen van een specifica-tie van de ontwarpcatalogus

I

,

_{1. apstellen 2. opstellen van 3. optimaliseren}

specificatie ~

...

alternatieven keuze

-10-Het oostellen van aen specificatie

Figuur 5 geeft aan wat er zoal bij hat opstellen van aen spe-cificatie komt kijken.

formuleren probleem

figuur 5: hat opstallen van aen specificatia

analyseren

~--struktureren

Hat opstellen van een of meerdere specificaties begint met hat duidelijk formuleren van het ontwerpprobleem. Omdat het pro-bleem vaak te complex is moet het in kleinere stukken worden onderverdeeld. Een analyse van deze deelproblemen levert rand-voorwaarden oP. die aangeven binnen welke grenzen er naar de oplossing van het probleem moet worden gezocht.

Naast deze randvoorwaarden kunnen er ten aanzien van het ont-werp enkele eisen worden opgesteld.

Omdat niet aIle randvoorwaarden en eisen even belangrijk z1Jn is het nodig om hierin een rangschikking aan te brengen

(struk-tureren)~ De randvoorwaarden en eisen die de maaste restricties opleggen aan hat te realisaran antwerp zijn daarbij de voor-naamste.

-11-De te stellen eisen zijn onder te verdelen in:

- vaste eisen waaraan het ontwerp zeker moet voldoen omdat het anders niet bruikbaar is

- variabele eisen die tijdens het ontwerpen nog veranderd of aangepast kunnen worden

- wensen ten aanzien van het antwerp die slechts een grotere waardering van hat ontwerp opleveren als ze erin verwerkt zijn.

Door de rangschikking van de eisen en de randvoorwaarden kunnen er enkele specificaties worden opgesteld. De specificatie vormt de basis voor het antwerp. Hat grate voordeel van een duide-Iijke specificatie ligt voor de hand. Door een grondige analyse van het ontwerpprobleem is hat niet aIleen duidelijk wat men precies wil gaan ontwerpen, maar ook waaraan het antwerp moet voldoen.

-12-V09rbeelden uit de literatuur

Er zijn in de literatuur verschillende voorbeelden aan te treffen van ontwerpcatalogussen. Binnen het kader van dit verslag zullen daarom ankele van deze in het kort ter sprake komen.

Een van de mensen die zich op dit gebied verdienstelijk gemaakt hebben is K. Roth [3]. Het doel van zijn ontwerpcatalogussen is de belangrijke kenmerken van de gekozen onderwerpan eruit te

lich-ten en steeds weer bruikbare oplossingen en variatiemogelijkheden overzichtelijk weer te geven. In de praktijk wordt zo'n catalogus toegepast om:

- het spectrum van mogelijke oplossingen te vergroten

- de keuze uit bijzonder geschikte oplossingen te vergemakke-lijken

- het systematisch gericht werken te ondersteunen.

Onder laiding van prof. Boothroyd (8] is het UMass-systeem ont-wikkeld (zie bijlage 2). Oit systeem heeft als doel onderdelen te classifieeren naar hun geschiktheid tot automatisch aanvoe-ren en positioneaanvoe-ren en daaruit riehtlijnen te formuleaanvoe-ren voor het ontwerpen van onderdelen die goedkoop zijn te maken en te monteren.

Het handboek geeft een gedisciplineerde wijze van aanpakken. Het vereanvoudigt grondvormen en dealt za in categorian in op aen wijze die het de gebruiker mogelijk maakt op eenvoudige wij-ze de gegeven handleiding te volgen.

In bijlage 3 [7] is een artikel opgenomen over de ontwikkeling van het OEM-systeem (Design for Economic Manufacturel. dat ge-baseerd is op de kennis van deskundigen (een expert-systeeml. Dit systeem moet het CAD voor automatische assemblage sturen. Oaartoe moet het vragen stellen over zaken als kosten en produk-tie. Door het gaven van kennis aan de ontwerper omtrent optima-le produkt-configuraties, produktie- en assemblage-kosten, moet een deze met OEM aen evaluatie van de alternatieven kunnen maken.

-13-2.2.4 Conclusie

Uitgaande van de resultaten van het verrichte onderzoek kon het volgende doel van de ontwerpcatalogus geformuleerd worden. De ontwerpcatalogus voor robotgrijpers moet de onervaren con-structeur helpen bij het plaatsen van zijn probleemgebied. Zo-doende kan hij gerichter op de details van het specifieke grij-perprobleem ingaan.

Met de catalogus moet de constructeur meerdere duidelijke spe-cificaties kunnen opstellen. Oaarbij moet hij de niet relevante informatie kunnen omzeilen, zodat hij snel kan werken.

Consequentie van de doelstelling

De catalogus moet de grote lijn voor het ontwerpen van de grij-per uitstippelen en daar waar het nodig is moet hij verwijzen naar meer gedetailleerder informatie.

Om niet relevante informatie te kunnen· omzeilen moeten priori-teiten gesteld worden om vervolgens via aen vraag en antwoord-spel slechts die informatie op te pikken, die van belang is voor het ontwerp. Aldus kunnen ten behoeve van het ontwerp aen of meerdere specificaties worden opgesteld. Deze werkwijze duidt op een menu-opzet.

Oe oostellen van een menu

Om het maken van een menu te vergemakkelijken moet ar zoveel mogelijk gebruik gemaakt worden van de informatie die in da literatuur beschikbaar is. Er zijn namelijk beschrijvingen en keuzeschema's die zonder meer over te nemen zijn. Echter het gebruik van de informatie stelt weI de eis dat hat menu modu-lair opgebouwd moet zijn. opdat iedere informatie gemakkalijk in hat geheel kan worden geplaatst.

Om tot een dergelijk menu te komen moet een aantal stappen doorlopen worden, te weten:

1. hat maken van een beschrijving van de ontwerpaspekten van de grijper. Deze beschrijving is reeds gemaakt. zie hier-voor pagina 6.

-14-2. het maken van een flowchart. Op grond van de in de flow-chart gesteide vragen wordt de gebruiker in een bepaalde

richting geleid. In de flowchart moet niet alleen een rangschikking zijn aangebracht in de prioriteit van de ont-werpaspekten. maar moeten tevens de onderlinge verbanden duidelijk worden weergegeven. In bijlage 4 is aen voorbeeld opganomen.

3. het maken van beschrijvingen.In de flowchart gaat men op grand van de gestelde vragen een keuze maken. Om de vragen in de flowchart te kunnen toelichten en te definieren moet er een beschrijving zijn. Deze beschrijving kan O.a. bastaan uit een checklijst of een keuze-schema. In bijlage 4 zijn hier-van enkala voorbeelden opgenomen.

4. de laatste stap bestaat uit het maken van een menu. Nu alle ingredienten bekend zijn is het aenvoudig om dit menu samen te stellen.

-15-3. Conclusies en ,anbeveling.n

1. Tijdens het maken van de beschrijving zijn gebleken dat de hoeveelheid ontwerpaspekten enorm is en voor elke grijper weer andere aspekten bepalend zijn voor het ontwerp. Om de

ontwerpcatalogus toch tot aen sueces te maken, moet het gebied dat men met de catalogus wil bestrijken afgebakend wordan. Gadacht is aan:

- aan ontwerpcatalogus die is afgestamd op een bepaalde componentfamilia. De hiermee ta ontwerpan grijper is in staat nagenoeg dezelfde componenten te grijpen.

- aen ontwerpeatalogus die geschikt is voor het ontwerpen van een bepaald grijpertype. In deze catalogus wordt dia-per ingegaan op de fundamantale aigenschappen van de be-treffende grijper.

2. Tijdens het onderzoek is van veel varschillende literatuur-bronnen gebruik gemaakt. Om de juistheid van ontnomen ge-gevens in een later stadium van het onderzoek nag te kun-nen controleren is het belangrijk am duidelijk de litera-tuurbron te vermelden.

Een goed hulpmiddel bij het literatuuronderzoek vormen de literatuurverwijzingen in de bronnen die gebruikt zijn. 3. De catalogus moet de ontwerper informatie verschaffen met

be-trekking tot;

- optimale grijperconfiguratie. welk type grijper en welke uit-voering passen het beste bij het grijpprobleem

- de produktie van de grijper, kan het antwerp gemaakt worden - de kosten van de grijper

Lit.ratuurlij,t

1. Projekt strategie

J.H.

van Bragt

Centrale Groep B.H. Licht

1985; Philips; Eindhoven

-16-2. Het ontwerpen van discrete industriele systemen Ir. R. Overwater

De constructeur: jan. 1985; nr. 1

3. Konstruieren mit Konstruktionskatalogen

K.

Roth

1982; Springer Verlag; Berlin

4. Robot- en hanteersystemen voor flexibele produktieautomati-sering C.F.H. Boatsman 1985; Waltman; Oelft 5. Toevoerinrichtingen Ir. G.S.J. Peters diktaat H.T.S.-Venlo 6. Hethodisch ontwerpen Ir. G. Heester diktaat H.T.S.-Venlo

7. Expert system guides CAO for automatic assembly Colin Runciman

Assembly Automation August 1985 The Cotsworld Press; Oxford

8. Ontwerpen op maakbaarheid en montage Prof. G. Boothroyd

HB-Produktie-techniek; no. 15; 21 augustus 1984

9. Het antwerp van een flexibele grijper voor het richten van lasprodukten

H.J.H. Broekman

BIJLAGE 1

BESCHRIJVING VAN DE VERZAMELOE ONTWERPASPEKTEN

58 pagina's voorzien van een aigan inhoudsopgave,

INHOUOSOPGAVE VAN DE GRIJPERASPEKTEN

ond'rwerp pagina

Korte inleiding

-1-Korte toelichting op de indeling (van de ontwerp- -2-aspekten van de grijperl

aen totaaloverzicht v~n de verzamalda ontwerpas- -3-pekten 1. Componentaspekten -4-2. Robotaspekten -9-• 3. Grijperaspekten -12-3.11.1 Mechanisch -20-3.11.2 Magnetisch -29-3.11.30nder-/overdruk

-32-4. Aspekten van de toe- en afvoerinrichting

-36-5. Flexibili teit

-38-5.2.1 Grijperinstelling

-41-5.2.2 De meervoudige grijper

-45-5.2.3 Compliantie

-57-

-1-Korte inleiding

In deze bijlage is de informatie vastgelegd die gedurende het begin van de afstudeerfase verzameld en gerangschikt is. Deze beschrijving moet de inzicht in het ontwerpen van grijpers ver-groten en dient tevens als basis voor de verdere ontwikkeling van de ontwerpsystematiek zoals die in het eindverslag is voor-gesteld.

Om de grote hoeveelheid informatie makkelijk toegankelijk te maken en de leesbaarheid te vergroten is er een overzicht van de verzamelde ontwerpaspekten bijgevoegd op pagina 3. De inde-ling van iedere afzonderlijke groep aspekten wordt voor de be-schrijving ervan herhaald.

-2-Korte toelichting oR de indeling

De ontwerpaspekten van de robotgrijpers en -houders zijn talrijk. In het Komende deel zijn de voornaamste kenmerken verzameld. Om het overzicht te behouden is een indeling gebruikt die voornamelijk ontleend is aan Boatsman (11. Oe indeling wordt in het volgende deel verder toegelicht.

3.grijper-aspekten

toe- en afvoer-inrichtin

1.1 afmetingen a. geometrie b. speciale kenmerken 1.2 .aterinl a. elllticHeit b. brosheid c. magnetisme 1.3 onn~uw~eurigheid a. vorm-onnauwkeurigheid O. mass.-onnauwkeurigheid C. finishing-onnauwkeurigheid

d vOTm-onnauWkeurigheid icm. de temperatuu

1.4 asgregatietoestand

1.5 oppervlaktegesteldheid a. globale keuze grijpmethode b. goedkeur produkt

1.6 ~~ntallen componenten I.T invioed temperatuur op

a. grijperuitvoering

b. weisiagen proces

I.e meerdere onderdelen

2. IOb9tUHktto

2.1 hanteergewicht

2.2 bewegingsverloop .

a. maximale versnellinS en vertraglng b. bereilebaaThetd positie c. uitvoerbaarheld beweg~ng 2.3 onnauwkeurigheid a. positioneren b. repeteren 2.4 aansturing grijper 2.5 Icoppeling •. eenduidigheid beve$tig~ng b. grijperverwisseling 2.6 omsteltijden a. gemak grijperverwisselLng

b. eenvoud van aanpassen of verwi$selen programm

3. 11 . 1 t!1!cb'niteh I. voordelen 2. nadelen l. vingergrijper 4. uitvoering ,panv1ak •• instelbare grijpbek b. uit-iss.lbare grijpb.k c. yormaanpassend. grijpbek o. me.rvoudige grijpbek 5. uitvoering Irijp.r •. inwendig of uitw.ndi9 b. meervoudig

Ii. ..ndrijv!ng .panb.weging a. pn._.tisch b. "rd.-.ull seh c. e1ektrisch e. stijf".id mtchanisme 9. spanbtwtgingen 10. sp.nb.reik 13. I.p.ard. _l,..nt.n VAN DE 3. 'ri ;9.£1 'HU,o 3.\ opsluiting v.n de compen.nt •. krachtsluiting b. vermsluiting 3.2 .luitkrachtgrootte 3.3 aantal grijperelementen J.4 grijpersewicht 3.5 procesbew'king mbv.sensors •. veortgangscentrole b. bijsturing 3.6 repeteeronnauwkeurigheid 3.7 werkomstandigheden l.a opbo" ... a. modulair b. specHiek 3.9 veiligneid a. overbelasting en besch.digin b. componentverlies e. eperator J.l0 enderhoud 3.11 klemmethoden ~.1'.1 mechanisch 3.11.2 magnetisch 3.ll.30nder-/overdruk n

1. voer- en "'Id.len permanent

2. veoTd.!en elektromagneet

3. magnetisch. hanterlng a. magnetiseh' eigen$Chappen b. minimal. spleet

c. oppervlakteconditie

4. kenrnerken magnetisehe kracht

S. temper.tuurbereik

4.1 de maMimale pl •• t.ings-/opneemkracht 4.2 toegankelijkheid inrichting

4.3 geordende of ongeordenoe toevoer

.2.1 qrijperinstellinc

2. algemeen

3. probl8ften bij inste11ing

4 • • anier.n a. handmatig 1. aanpassing spanvlakken 2. instellen spanvlakken J. inste11en spankracntgreotte b. aut_atisch 1. goede grljpereigenscnappen 2 . • inimale instelttjd

5.1 redenen veer fleMibiliteit

5.2 Manieren voor vergroting fle.ibiliteit S.?1 grijperinstelling 5.2.2 meervoudige grijpers 5.2.3 compllantie S.2.3 compliantlfl 1. doe1 J. actief/passief

3. ,ensorgestuurde ins telling grijpervlakken

4. groot instelbereik spankracnt

01 unlink A. Onderdrul< 1. voorde1en 2. nadelen l . toepassingen 4. begrenzing to.passingen

5. eis.n .an e ... pon.nt

Ii. onderdruk door

e. Ov.rdruk

inw9naig of uitwendig Irijp.

5.2.2 me,rv9udioe qrijoers 1. toepa s singen 2. manieren a. IDultigrijper 1. teep. ssi ng 2. MOg.lijkheden b. _isselsylteem 1. toepassing

2. redenen voor verwisseling

3. nadelen 4. manieren a. ",no.atig I. toepassing 2. bel,ngrijke asp.kt.n b . • ut ... atilc" 1. toepusing 2 • • • ni.r.n a. carrous.e1 b . . . agni jn

-4-1. Cgmponentaspekten 1 . 1 a fmeti ngen a. geometrie b. speciale kenmerken 1.2 materiaal a. elasticiteit b. brosheid c. magnetisme 1.3 onnauwkeurigheid a. vorm-onnauwkeurigheid b. massa-onnauwkeurigheid c. finishing-onnauwkeurigheid

d. vorm-onnauwkeurigheid iem. de temperatuur

1.4 aggregatietoestand

1.5 oppervlaktegesteldheid

a. globale keuze grijpmethode b. goedkeur produkt 1.S aantallen componenten 1.1 invloed temperatuur op a. grijperuitvoering b. welslagen proces 1.8 meerdere onderdelen

-5-1. ComDOn.nt.sp.kt.n

De te hanteren component bepaalt voor een groot deel de uit-voering van de grijper. Om ten behoeve van hat grijperontwerp een specificatielijst op te stellen. moeten de volgende aspek-ten bekeken worden.

1.1 De afmetiogen van de component is een aspekt dat in enkele fa-cetten te splitsen is, namelijk:

a. de geometrie van de component. Deze is belangrijk voor de keuze van de grijpmethode en de uitvoering van de grijp-vlakken van de grijper. Enkele interessante gaometrische kenmerken zijn:

- kogelrondheid

- loodrecht op elkaar staande. platte vlakkan - evenwijdige, platte vlakken

- cilindrische vlakken - platte vlakken

- gekromde vlakken

Voorts kan de component combinaties van'de genoemde ken-merken bezitten of uit een willekeurige vorm bestaan.

b. uit de afmetingen kunnen speciale kenmerken worden afgeleid zoals stabiliteit op vlakken an hellingen, rolgeschiktheid en de mogelijkheid tot aanhaken. Deze eigenschappen zijn bepalend voor de wijze waarop men een toe- en afvoerinrich-ting maakt (zie 4.3),

De afmetingen van de component zijn o.a, bepalend voor de zwaartepuntsligging. Sij de inklemming moet erop gelet worden dat de arm tussen het zwaartepunt en de robotpols zo klein mo-gelijk gehouden wordt opdat een klein koppel ontstaat tijdens het bewegen. Hierdoor kunnen de grijperkrachten laag gehouden worden.

Daarnaast zijn de afmeting bepalend voor hat traagheidsmoment en daarmee voor het optredend massatraagheidsmoment.

De afmeting in combinatie met het soortelijk gewicht van de component bepalen het gawicht. Deze is o.a. maatgevend voor de nodige stijfheid van het grijpermechanisme.

-6-1.2 Enkele belangrijke eigenschappen van het materiaa1 waaruit de component is opgebouwd zijn:

a. de elasticiteit; de elasticiteit bepaalt de mate van vorm-vastheid van de component. welke bepalend is voor de grijp-krachtgrootte bij een krachtgesloten opsluiting (zie 3.1)

van de component in de grijper.

b. de brosheid van de component, die eveneens beperkend is voor de grijpkrachtgrootte.

c. indien de component magnetische eigenschappen bezit kan de-ze magnetisch gegrepen worden.

1.3 De onnauwkturigheid van de component is te anderscheiden in: a. de vorm-onnauwkeurigheig; welke toleranties zijn

toegela-ten op de funktionele matoegela-ten; het kennen van deze tole-ranties is belangrijk voor de juiste positionering van de component in oa. de toe- en afvoerinrichting en in de grij-per.

b. de massa-onnauwkeurightid; in situaties waarin de nominale massa van de component grenst aan de massa die de robot kan

hanteren of waar de massa tolerantie erg groot is en de toelaatbare massa dreigt te overschrijden. moet met deze onnauwkeurigheid rekening gehouden worden.

c. de finishing-onnauwkeurigheid; welke oppervlaktekwaliteit bezit de component: is de ruwheid. kleur etc. in orde. d. de vorm-onnauwkeurigheid in combinatie met de temperatuur;

de vorm-toleranties zijn afhankelijk van de temperatuur van de component; de meeste materialen zetten uit bij een ho-gere temperatuur.

Bij de keuze van de grijpmethode moet in aanmerking worden ge-nomen dat de bovengenoemde onnauwkeurigheden ten gevolge van het grijpproces kunnen veranderen. Door ean te hoge grijp-kracht kan de component aen grotere vorm-onnauwkeurigheid krijgen, terwijl bij eenzelfde grijpkracht en een hogere tem-peratuur van de component de vervorming groter zal zijn.

1.4 De a99regatietoestand is van belang voor de wijze waarop de component gehanteerd wordt. Figuur 2 laat een flowchart zien waarmee de component geclassificeerd kan worden. De

I

I

iOOOICTEJf\ I v. 15$111 IOfIJ:lC moR-LOIUJf I£t1JII-it.OTU -7-TI IWITEREJI STOFFEIf

J

I

1 I I I

1

VAITI STOnEM

J

IIOOG-VISI.ElJZE STOPrElI VLOE I &AU: STOrFU

I

GASVOIUU STOFF!1f <a

I

I

I.V. -1.1 ...

-

-cROElCl ZUP -TOFFEES .SpUITlJ!I VAIf KIT 91.1 AUTOftAJIIJ!I I I

JlIET DI70RKEERBAAR

I

₁

OEFOItMlnBAAlt

I

1

,

I

I

I

1

I

,

I

I

GElltED-

1

A1'V ALSTOFFEIf

I

PRODUUEIfI

GEUED- PItODUITIJ!I H'U1.PSTOFFEIt'

I

HULp- pRtlOuntll

SC'IIAPP1!1f _'CHAPP!. STOFFEII

I I I I L L I I I

I. V. I.V. B.V. B.V. I.V. I.V. B.V. B.V. B.V.

-I..A8TOORTS -USTEII -SpAlfElC -IliUM -RUBIER -VLO!1 -KOELWA1'EJI. -BU.ASKOP -AMiO"-ARC

-PUKTLAS- PRtIFIELSTAAl. -SLAXKElC -TAAft OtrvOlUlROLLEII BARI -ItOEt.OLtI VOOR .o5PUIT1USSEII APpARAAT eOPlI:OIIIERS BI,I -SLIERTE .. -Itt.!DIMG- -HYLOIf 1000D %ED -SBERV'ET

8ESCHnM-.o5Ll.1p- GIETSTUUEH TABAI • STOFFElC BI.1 GRASIlAAI -GUS GAS IIJ APPARAAT -BUD- .WATTIJII MACBtlfE -SPUIT- LASSEN • ... TERIAAL lfERVEIt' -1O$1"I11/NS -aoItSTELHAUH VEIlP'

SPUtT

figuyr 2: indeling van te hanteren stoffen: ontnomen aan (1)

1.S De oDperylaktegesteldheid van de component is bepalend Yoor: a. de globale keuze van de wijze yan gtiiD,n; in de regel

maakt men het liefst gebruik van yacuum grijpers (zie

3.11.3) omdat deze goedkoop en eenyoudig is. Hierbij is van belang dat het grijpoppervlak glad, schoon en niet poreus is. Indien dit niet het geyal is wordt voor een van de an-dere grijpers gekozen. Een daaryan is de mechanische

grij-per waarbij vaak het principe van de krachtsluiting (zie 3.1)

ICET HUISH.

-8-wordt toegepast. 8ij deze grijpmethode is de wrijvingscoef-ficient maatgevend voor de klemkracht. De coefwrijvingscoef-ficient is made afhankelijk van de ruwheid van het oppervlak en van de mate van oppervlaktevervuiling (is hat oppervlak nat of droog etc),

b. de goedkeyr van de component; ten gevolge van de inklemming kan het oppervlak van de component beschadigd worden. is dit geoorloofd.

1.6 Het aantal componenten is van balang. Er kan oa. onderscheid worden gemaakt in:

- aantal afzonderlijke componenten die binnen een grijp-cyclus gehanteerd moeten worden

- aantal verschillende componenten die met eenzelfde grijper moeten worden gegrepen

- het totaal aantal componenten dat gagrepen moet worden. De aantallen componenten zijn van grote invloed op de uitvoe-ring van de grijper. In het ~oofdstuk over flexibiliteit (Zi8 5) wordt op dit punt dieper ingegaan.

1.7 De temperatuyr van de component is van invloed 00:

a. de yitvgering van de griiper; als de componenttemperatuur beduidend hoger of lager is dan de kamartemperatuur. dan zullen de grijpbekken en de grijpvingers hierop worden aangepast.

b. het welslagen vln hat proces, een robot met grijper kan ge-bruikt worden om een gloeiende billet uit een oven op te pakken am aan een hydraulische pers toe te voeren. Als de component te koud is leidt het persgereedschap schade. Om dit te voorkomen kan Qen temperatuursensor in de grijper worden ingebouwd die gekoppeld is aan het besturingssysteem van de robot.

1.6 Tot dusver is slechts gesproken over een enkelvoudige compo-nent. Het is ook mogelijk dat de component uit meerdere onder-delen is opgebouwd. De verbinding van de onderonder-delen kan zowel vorm- als kracht-gesloten zijn. terwijl de onderdelen de moge-heid kunnen bezitten afzonderlijk te bewegen.

De krachtgesloten verbinding kan als nadeel hebben dat ze ge-voelig is voor optredende proceskrachten. zoals versnellings-en vertragingskrachtversnellings-en.

Het is dus belangrijk aandacht te schenken aan de samenstel-ling van de component.

-9-2. Robota.p.kten

2.1 hant •• rgewicht 2.2 bewegingsverloop

a. ma~imale versnelling en vertraging b. bereikbaarheid positie c. uitvoerbaarheid beweging 2.3 onnauwkeurigheid a. posi tioneren b. repeteren 2.4 aansturing grijper 2.5 koppeling a. eenduidigheid bevestiging b. grijperverwisseling 2.6 omsteltijden

•

a. gemak grijperverwisseling

-10-2. Robotaspekten

Welke eigenschappen bezit de reeds voorhanden zijnde robot. V~~r het grijperontwerp zijn de vo1gende aspekten van belang.

2.1 Het hantaergewicht bepaalt walk gewicht de robot maximaal aan de arm kan hanteren, opdat hij niet overbelast wordt. De sam van het gewicht van de component en de grijper mogen het han-teergewicht van de grijper niet overschrijden. Oak de stati-sche koppels op de pols zijn in de robotspecificatie vastge-legd en bepalen mede de grijpergeometrie.

2.2 Met betrekking tot het grijperontwerp zijn de volgende facet-ten van het bewegingsyerlgop van belang:

a. de maximale versnel1ingen en yertragingen die optreden tijdens het grijpproces. Ze zijn maatgevend voar de ver-5ne11ings- en vertragingskrachten die ten gevolge van de beweging op de grijper en de component werken.

b. is de gewenste beweging uitvoerbaar. Kan de robot bepaalde bewegingen uitvaeren. 8epalend hiervoor zijn het aantal vrijheidsgraden van de robot. Indien de bewegelijkheid be-perkt is kan dit verholpen worden door de grijper enkale vrijheidsgraden te geven (extra bewegingseenheden).

c. is de gewenste positie bereikbaar. Bepalend hiervoor zijn de afmetingen alsmede het werkgebied van de robot (carte-sisch, sferisch etc.). Hoe groter de robot, hoe groter zijn werkbereik.

2.3 Welke onnauwkeurigheid bezit de robot. Er kan onderscheid ge-maakt worden in :

a. de Dositioneer-onnauwkeurigheid. dat wil zeggen het plaat-sen van de robotarm (en dus de grijper) op de nominale maat.

b. de reoeteer-onnauwkeurigheid; dit is onnauwkeurigheid van de machine-beweging bij het herhalen van een handeling ten opzichte van de vorige handeling. De repeteeronnauwkeurig-heid wordt oa. bepaald door:

- de positioneer-onnauwkeurigheid van de robot (punt al - de vorm-onnauwkeurigheid van de component

11

-2.4 Welke mogelijkheden bezit de besturing van de robot om de griiper aan te sturen.

2.5

Welke mogelijkheden bezit de besturing voor het verwerken van sensorinformatie (zie 3.5) indien deze gebruikt wordt. Welke eigenschappen bezit de IsQggeling tussen de robotarm en de grijper, met betrekking tot:

a. de ~ingyig1.9h~id van de bevestiging van de grijper aan robotpols.

b. de m2geJ.j.jkhl;j.g tot grijplrvirwis§lJ,ing.

de

2.S De omstlJ,tijd is de tijd die nadig is om de robot en de grij-per geschikt te maken voor een nieuwe werksituatie. Om de be-nuttingsgraad van de robot haag te kunnen maken is het be!ang-rijk dat de omsteltijd laag gehouden wordt. Bepalend vaor de omsteltijd is:

a. het gemak waarmee de grijper kan worden uitgewis§eJ,d. b. de eenyoud waarmee een programma kan worden aangepast of

-12-3. Grijperasp,kten

3.1 opsluiting van de component a. krachtsluiting b. vormdui ting 3.2 sluitkrachtgrootte 3.3 aantal grijperelementen 3.4 grijpergewicht 3.5 procesbewaking mbv.sensors a. voortgangscontrole b. bijsturing 3.6 repeteeronnauwkeurigheid 3.7 werkomstandigheden 3.8 opbouw a. modulair b. specifiek 3.9 veiligheid a. overbelasting en beschadiging b. componentverlies c. operator 3.10onderhoud 3.11 klemmethoden 3.11.1 mechanisch 3.11.2 magnetisch 3.1'.30nder-/overdruk

-13-3. Grijperaspekten

In het komende deel zullen enkele aspekten van de grijpercon-structie worden toegelicht.

3.t De opsluiting van de component kan op twee manieren gebeuren, te weten:

a. door middel van krachtsluiting. Door het uitoefenen van aen houdkracht wordt de com~onent tijdens de hantaercyclus vastgehoudan. De houdkracht kan gevormd worden door : - een wrijvingskracht die ontstaat door de normaalkracht

die de grijperbekken op de component verricht in combina-tie met de wrijvingscoefficient tussen beide oppervlakken - een magnetische kracht die ontstaat door het inschakelen

van aen elaktromagneet of door hat gebruik van aen perma-nent magneat. De wijze van krachtsluiting kan slechts wordan toegepast als de component magnetische eigenschap-pen bezit.

- een onder- of overdruk die in een kleine afgesloten ruim-te wordt gecreeerd.

- een kleefkracht als gevolg van een kleefmiddel aan de grijper of aan de component.

Meer bijzonderheden over deze methoden van krachtsluiting zijn te vinden onder punt 3.11.

b. door middel van vormsluiting; door hat vastle9sen van aIle 6 vrijheidsgraden (3 rotaties en 3 translaties) is de posi-tie van de component in de grijper eenduidig bepaald. de component is dan vormgesloten ingeklemd. Indien de compo-nent een bepaalde symmetrie vertoont (bv. rotatiesymmetriel dan leidt dit tot een vermindering van het aantal effec-tieve vrijheidsgraden.

3.2 De sluitkrachtgrootte wordt door enkele parameters bepaald. Zowel voor kracht- als voor vormsluiting is aen klemkracht noodzakelijk. Bij de vormsluiting is deze slechts nodig voor hat in stand houden van de sluiting, zodat da klemkracht bij deze sluiting gering is.

Bepalend voor de sluitkrachtgrootte zijn: - het materiaal van de component (zie 1.2)

de eis aan de oppervlaktekwaliteit na het 9r~Jpen (zie 1.5b) - de tamperatuur van de component (zie 1.7b)

- het gewicht van de component (zie 1.1b)

- de ma~satraaghaid van de component (zie 1.1b) - de zwaartepuntsligging van de component {zie 1.1b} - de kwetsbaarheid van de component (zie 1.2)

-14-- de maximaal optredende versnallingen en vertragingen (zie 2.2a)

- kracht- of vormsluiting (zie 3.1l - de geeiste veiligheid (zie 3.9)

- de krachten die tijdens hat hanteringsproces op de com-ponent werken en ontstaan door:

weerstandskrachten uitgeoefend door het werkmedium . krachten die nodig zijn voor het opnemen/plaatsen van

de component in de toe-/afvoerinrichting (zie 4.1) Opmerking.

De klemkracht kan met behulp van verschillende technieken worden gerealiseerd. Onder 3.11 worden deze technieken ge-noemd en verder uitgewerkt. De parameters die van invloed zijn op de grootte van de klemkracht wordt voor elk van de technieken apart behandeld.

3.3 Het aantal grijperelementen. Uitgaande van de gekozen wijze van opsluiting (zie 3.11 kiest men het aantal grijperele-menten. Het aantal elementen kan 1,2,3 of 4 zijn en kan zowel eenledig als meerledig, zich aanpassend worden uitgevoerd. 3.4 Het griipergewicht moet zo laag mogelijk zijn. opdat een zo

groot mogelijk componentgewicht gehanteerd kan worden. De som van beide mag het hanteergewicht van de robot niet overschrij-den.

3.5 Om het grijpproces te kunnen bewaken worden soms sensors toe-gepast. De procesbewaking is te splitsen in voortgangscontrole en in bii§turing.

a. De vQortgangscontrole bestaat uit het controleren of het grijpproces aan bepaalde voorwaarden voldaan heeft, zodat een volgende stap van het proces gestart kan worden. De controla kan bijvoorbeeld bestaan uit het vaststellen van de aanwezigheid van de component alvorens de grijper sluit. b. De bi-jsturing van het grijpproces bestaat uit het

optimali-seren van dit proces door middel van teruggekoppelde sen-sorinformatie naar de besturing van de robot. Een voorbeeld hiervan is het herpositioneren (fijnpositionerenl van de component in de grijper.

-15-Er zijn drie type sensoren. namelijk:

a. visuele sensoren die de algemene situatie van de omgeving detecteren

b. taktiele sensoren die de direkte dynamische relatie tot de component kunnen detecteren; ze zijn in staat om de ver-plaatsing en de snelheid van de component te meten

c. een benaderingssensor die de ruimtelijke situatie tot de component binnen een klein bereik detekteert; binnen een klein bereik kan de afstand tot de component gemeten worden

(ontnomen aan [2])

Tabel 1 geeft een overzicht van de toepassingsmogelijkheden van de verschillende type sensoren.

Voor het onderhoud is het noodzakelijk dat de sensors of sen-sormodules verwisselbaar worden uitgevoerd. 8ij het ontwerpen van de grijper moet hiermee rekening gehouden worden.

Typische sensorfunkties zijn:

meting van de relatieve beweging van de component in de grijper

- meting van de grijpkracht

registratie van de aanwezigheid van de component

bepalan van de grijpsnelheid en -beweging (bij servoge-stuurde grijpers)

meting van de momentan in het mechanisme (bij assemblage)

_SOft IIlOUti Dr.'IIC'I'lll<l %MI'08"''l'I0II TYPIC'~ I~

;:n"""'.b

Ol-OW CO"I" •• I 01' Ob,J

.0:'

JIIll:rQ '.UCD

Contacc Po.1\1_ arut AN. "atria: eont"~ !1~""Pi'" h .... 'QrQi atrin. to Cr •• ~ ~l.4t: St,..ln Oauc_

... PN •• ..",... Pore. D:1.cr1IJvU,CNl Of\. 'lncn $llrrac. Pns.~ o.t"toQr

t "' .... Pere. 4(' U. M4 ,,*"iat Strain Gaue.

=

~~1p 01&'1""'. tt.b.U.ft 01.pl ... e ot Ottjec;, Rflllet'" I PhOco_*"ur

~~ m .... _ au, ~t:~.1Qft of OtlJ .$t Ball an4: Photo •• n.or

ii':~t:·"· SMG"iq '-'c. . , nne... ltu"t'ace Stl'&1a. aaliS.

tlaac.lc JllcMht.lua Of at" . . . . Object Potentia. Strain (law • •

:: ".1 ...

_::;!:!Jl

_{R;!&~!:':·l~~::.tn}

_A...

_{llli~n;~O::~an.u,or}

!

:::0"::.

Dl.hAc. CloM Dl.'ance b.t ... 3."lo,r AM ObJect I f

a~l1"'U"" .... 1. ".lat.1v. !ftcl,lnats,on "'Cb' ot O~J .. ct , t

WOfK. ".n.~tlon h.t!to,. ot ODJau Surrac.

..

.. tl'l. fToUa1t7 DhtrUtt.tC1Oft ot oao 01uanci LEJ). laace Sen_ttl"

~.:Ut:aru:. £ .... cane. or ObJect L&ItO ~P1\o'to"uaA.tnOl'"

~'.14u .. n .. ) ap.'CUl. Dl"'ance to Otf.J'"'

"ans.

_'1..n4e'"

V1 ... _Uo" or oc.Ject _{V14"1~"''''' t.Mce~u.}

:~

~::!!::: 10ft Ce-nter Po.a1tloa or Objut Anile ot -.tra Aua ot ObJ.c.

..

..

S."u",tlOft S.'VttlOft of Ob,ect.

..

..

..

~;.ew-. Uftlqld C!u,,..e,.,.taUc. ot ObJeci

..

Is:!:

ColoI'" or o.JHt Color n u ...

L.f.M end JII--. .. ot Yerte' YtCH e .... toa 1 . . . . 5_MlJ'

tabel 1: toepassingen van de diverse type sensoren ontnomen aan (4]

-16-3.6 De repeteeronnauwkeurigheid is hat vermogen am opeenvalgende handelingen binnen een bepaalde talerantie uit te voeren. Bij een grijper wordt daze bepaald door:

- de wrijving tussen de bewegende delen van het mechanisme - de varm- en plaatstoleranties van de te grijpen component - dewijze van opsluiting van de component

- de grijptechniek (klemmethodel - de grijpkracht

- de spelingen in het grijpermechanisme - het aantal vrijheidsgraden van de grijper

3.7 De werkomstandigheden vereisen sams speciale aanpassingen om de grijper zander veel storingen te laten funktioneren en min-der anmin-derhevig te maken aan slijtage. Enkele zaken waaraan de grijper kan blootstaan zijn:

- straling - corrosie - staf - yacht

- hage en lage temperaturen - trillingen

3.8 Afhankelijk van de toepassing kunnen grijpereenheden op twee verschillende manieren opgebouwd zijn, ts weten:

a. als een modulaire grijper waarbij de diverse zelfstandige bewegingseenheden naar wens met elkaar of met andere eenhe-den te combineren zijn (zie figuur 3 en 4).

De yoordelen van deze bouwwijze zijn:

- eanvoudige snelle aanpassing aan verschillende hante-rings-situaties

- aen optimaal aangepast bewegingsverloop De nadelen zijn:

- de grate benodigde bouwruimte

- het grate gewicht bij grijpers met meerdere draai- en schuifbewegingen.

b. als een soecifieke grijper die voor een bepaalde toepassing ontwarpen is. De mechanismen en aandrijvingen zijn bij deze grijper op een zo klein mogelijke ruimte geconcentreerd

Izie figuur 5).

De voardelen van deze bouwwijze zijn: - kleine afmatingen an een gering gewicht - grote prestatiemogelijkheden

Het grote nadeel van deze 9r~Jper is het geringe aanpas-singsvermogen. De grijper kan slechts beperkt toegepast worden.

-17-01

figuur

3:

karakteristieke bouwgroepen en bouwvormen van grijpers

figuyr 4: een modullire grijper

-18-3.9 Een belangrijk aspekt is de veiligheid van de grijper. Er kan onderscheid gemaakt worden in veiligheidseisen ten aanzien van:

a. de beveiliging van de apperatuur tegen overbelasting en beschadiging

b. de beveiliging tegen componentverlies bij het wegvallen van de hulpenergie of bij ,beschadiging van de component

c. de eisen die gesteld worden ten aanzien van de veiligheid van de operator die met de installatie moet werken. (Er kan gevaar van letsel bestaan).

De volgende adviezen zijn ontnomen aan (9].

Ten aanzien van het grijperontwerp kunnen de volgende punten worden opgemerkt:

- bij de vormgeving moeten scherpe kanten en hoeken zoveel mo-gelijk vermeden worden

vormsluiting moet worden nagestreefd; de grijper moet zo ge-construeerd zijn dat hij bij het uitvoeren van elke beweging voldoende grijpkracht kan uitoefenen opdat de component ge-klemd blijft

van situatie tot situatie moet bekeken worden of het veili-ger is om bij het wegvallen van de hulp-energie de component in de grijper te houden of om de component gecontroleerd te laten vallen,dat wil zeggen, op een plaats waar geen gevaar bestaat voor mens of machine

het hanteergewicht van de robot is het totale gewicht dat deze aan zijn arm kan manipuleren. Hoe zwaarder de grijper is hoe geringer het gewicht van de te hanteren component kan zijn.

3.10 De grijper moet zodanig geconstrueerd worden dat onderhoud eenvoudig mogelijk is. Het onderhoud betreft:

- controle - na-instelling - reiniging - smering - wisseling

In de praktijk worden grijperconstructies veelal overgedimen-sioneerd opdat minder onderhoud nodig is en de grijper een langere levensduur heeft omdat ze niet kritisch belast wordt.

-19-3.11 De component kan op twee verschillende manieren opgesloten worden (zie 3.1), namelijk door middel van kracht- en vorm-sluiting. De onderstaande klemmethoden geven mogelijkheden aan hoe de klemming gerealiseerd kan worden.

3.11.1 mechanisch 3.11.2 magnetisch 3.11.3 onder-/overdruk

Andere mogelijkheden, die minder uitgebreid behandeld worden zijn:

- punkterende griipers. die de op te tillen component punkte-ren: ze worden gebruikt om lappen doeken, rubbere pakken of poreuze platen te hanteren

kleyende griipers, die door middel van een kleefstof compo-nenten grijpen, welke niet op een van de andere methoden aan een grijpvlak gegrepen kunnen worden; hat grote nadeel van deze methode is dat de kleverigheid niet lang bewaard blijft hakende grijpers

opt!llen en yerplaatsen op een dun platvorm of spa tel snel-wissel verbindiogen (bajonetsluitingl

-20-3.11.1 "eehaniseh 1. voordelen 2. nadelen 3. vingergrijper 4. uitvoering spanvlak a. instelbare grijpbek b. uitwisselbare grijpbek c. vormaanpassende grijpbek d. meervoudige grijpbek 5. uitvoering grijper a. inwendig of uitwendig b. meervoudig 6. aandrijving spanbeweging a. pneumatisch b. hydraulisch c. elektrisch 7. aandrijfelementen 8. stijfheid mechanisme 9. spanbewegingen 10. spanbereik 1" versterken kracht 12. koppeling 13. gepaarde elementen

-21-3.11.1 De mechanische 9[iiper

De mechanische grlJper bestaat uil gepaarde elementen, die de component in een omspannende beweging (vingergrijper) of in een tangbeweging (tanggrijperJ pakl.

1. De grote voordelen van mechanische grijpers zijn: - de grote krachtdichtheid

- de geschiktheid om de grijper in een specifieke vorm te gieten, waardoor nagenoeg al1e vormen gegrepen kunnen worden

- de nauwkeurigheid van de grijper.

2. Het nadeel van deze techniek is dat hij niet toegepast kan worden als:

- de component te kwelsbaar is

- de gestelde eisen met betrekking tot de repeteernauwkeu-righeid zo gering zijn dat bij gegeven componenteigen-schappen een goedkopere oplossing mogelijk is

- de afmetingen van de component te groot zijn en daarom een te complexe en dus te zware grijper vereisen.

3. Een speciale mechanische grijper is de vingergrijper (zie liguur 61. die geba-seerd is op de menselijke hand (de meest universele grijper). Elke vinger is meestal opgebouwd uit 3 schakels, welke door middel van een kabel of stangenmechanisme aange-dreven worden. Een grijper kan 3.4 of 5 vingers bevatten.

Fen bijzondere grijper is de softgripoer, die de volgende speciale eigenschappen bezit:

- een gelijkmatig verdeelde grijpkracht (zie figuur 1)

- een goede contouraanpassing (zie figuur 8) De aandrijving van deze grijper geschiedt door middel van aangepaste rollen en twee staaldraden. Een is voor het spannen, de ander voor het lossen (zie figuur 9).

-22-t

"

.,'I'IIk!IIIIIII ....

~

... ' ....

(I(I)lb) ... m

'MeIr"'"

I ' 1 . I ' " . . . ... . . . ' I .... ____ ONIfInft,AObjeb,II~.COIl'l . . . . ,h ... _:.)N . . . ...

~ . . . ~ A 0 • • _ . . 1tIPIf). • ... NIII • iiIII figuur 1: galijkmatig verdaelda grijpkracht

figuur 8: goada eontouraanpassing

g ___

. - ----1':\

"\2.1

---l-~

-

®._-. , lIt ... Dw . . . ; It) pi . . . . .

"un-.

If OftffMl; II ,"""" ... C ...

figuur 9: de lehamatischa voorstalling van de a.ndrijving van de softgripper

-23-4. Er ZlJn vetschillende uitvoeringsvormen mogelijk voor het soanvlak van de het grijpbekken. zodat een grijper in staat is de verschillend gevormde componenten te pakken. De vol-gende uitvoeringen zijn mogelijk:

a. instelbare grijpmallen, die op een bepaalde maat of vorm worden ingesteld Izie figuur 10)

b. uitwisselbare grijpbekken, met verschillende vormen, die gemakkelijk te verwisselen zijn (zie figuur 11)

c. vormaanpassende grijpbekken, welke zich vanzelT aan de vorm van de component aanpassen. Oit bekken kan bestaan uit rubber (zie figuur 12 + 1J)

d. meervoudige bekken, die geschikt zijn twee of meer ver-schillende componenten te grijpen (zie figuur 14)

2. ahasten. gevolgd door fi.atie 1 werbtukCOI'Itour yast;elegd , yolledig omsfui11tf1-1e gree!)

figuur 10: grijpsysteem met instelbare grijpmallen

-24

figuur 12: vormaanpassend grijpofgaan met lamellen

rubber

figuur 13: een vormaanpassende bek

-25-5. De srijper kan op verschillende manieren worden uitgevoerd, te weten:

a. inwending of uitwendig spannend

b. als meervoudig~ grijper (zie flexibiliteit h5.)

5. De aandriiving van de spanbeweging kan met behulp van de volgende energievormen gedaan worden:

a. pneumatisch. De voordelen van deze aandrijvingsvorm zijn: - lichte constructie

- goedkoop in aanschaf

- verkrijgbaar in vele afmatingen

- eenvoudige energietoevoer met luchtslangen

- geschikt voor toepassing bij aen grijper die snel bewe-gingen moet uitvoeren.

De nadelen zijn:

- het geluid van de uitlaat

- de olie die in de lucht zit vervuild de leidingen b. hydraulisch. De voordelen hiervan ten opzichte van

pneu-matische aandrijving zijn: - grotere spankrachten mogelijk - klein ere inbouwmaten.

De nadelen zijn:

- de kans op lekkage is groot - er is een ag9regaat nodig

c. elektrisch. Deze vorm van aandrijving geniet vaker de voorkeur omdat de hoofdbeweging van de robot evenals de besturing ervan elektrisch zijn uitgevoerd. Voorts zijn elektrische hoek en/of wegmelders eenvoudig op de elek-tromotoren te monteren. Het grote nadeel van deze aan-drijfvorm is de kans op een vermoeiingsbreuk van de

elek-trische kabels als de robot veel bewegingen moet uitvoe-ren.

7. De aandrijfelementen van de grijper kunnen zijn: - lineaire cilinders

- draaicilinders

- draaivleugelcilinders - luchtmotor