De ASEA IRB100 als assemblagerobot : pen/gat verbindingen voor grote diameters

De ASEA IRB100 als assemblagerobot : pen/gat verbindingen

voor grote diameters

Citation for published version (APA):

Wiel, van de, F. A. A. (1987). De ASEA IRB100 als assemblagerobot : pen/gat verbindingen voor grote diameters. (TH Eindhoven. Afd. Werktuigbouwkunde, Vakgroep Produktietechnologie : WPB; Vol. WPA0497). Technische Universiteit Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1987

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.

De ASF.A IRH1000 als assemblagerobot:

Pen/gat verbinclingen voar grote diameters.

F.A.A. van de Wiel Rapportnr. WP~ 0497

Verslag 11 opdracht

Begeleider: Ir. A.T.J.M. Smals Augustus 1987.

INHOUDSOPGAVF.

DEEL 1: Onderzoelmpdracht ASEA IRB1000 OPDRhCHTOMSCHRJ,TVING

HOOFDS'l'UK 1. 1: De ASEA IRB 1 000 assemblage- rl)bot:

ontwerp en construc1..ie HOOFDSTUK 1.2: Installatie van de robl)t;

HOOFDSTUK 1.3: Mogeli jkheden van de IRB1000

HOOFDSTUK 1.4: Orientatieopdracht: bout-moer verbinding

CONCI,USlI~S

LITERATUURI.T.TST

DEEL 2: Problematiek voor pen-gat verbindingen bij grote diamet;er/lengte verhoudingen 1 . 1 1.2 1.9 1 . 11 1.16 1. 21 1.23 HOOFnSTUK 2.1: Probleem(lmschrijving 2.1 HOOFDSTUK 2.2: Inleiding 2.3

HOOFDSTUK 2.3: Design for assembly 2.6

HOOFDS'l'UK 2.4: De positioneerhande1i.ng 2.8

1. Invoegbeweging langs een afschuining bij

ronde gaten 2.10

2. Criteria v(lor vClst.lopen bij vervolg van de

invoegoperatie 2.13

3. Toelaatbare hoekfout: bepaling van de

boven-frens in verband met de -dode hoekB _2.15

HOOFDSTUK 2.5: Literatuurondeuoek 2.17

EINDCONCLfISIE 2.21

SLOT 2.22

deel 1 IRB1000

OPDRACHTOMSCHRr.TVING

In deze opdracht staat het onderzoeken van de mogelijkheden van de ASEA-IRB1000 robot centraal. Er is hier spra'ke van een robot wel'ke bij de aanvang van de opdracht pas een paar maanden op de markt was.

Nader omschreven ziet de opdracht; er als volgt; ui.t: DEEL 1 -Vaststellen van de gebruiksmogelijkheden.

*gebruikersvriendelijkheid

*overeenkoJllsten met andere ASEA-robots (IRB6 als vergeli.jking) •

-Aanmaak van een (voor}opige) gebruikershandleidlng. Mocht de robot ingepast kunnen wenden in het

onderwijsprogramma, dan .oet deze handleiding een leek in korte tijd bekend maken met de progra_eerbeginselen van de robot.

-Orientatieopdracht: realiseer een b"ut-moer verbinding. Deze handeling lijkt geschikt om de mogelij'kheden van de IRB1000 te testen.

OEEL 2 -Pen-gat verbinding voor grote breedte/dialleterverhC)udingen. *waardoor wordt dit probleem gekarakteriseerd,

·wat VC)C),[ oplossingen zijn er voor het probleell. Verslaglegging.

deel 1 IRB1000 ROOFDSTrJK 1. 1

nE ASEA IRB1000 ASSEMBLAGEROBOTj ONTWERP EN CONSTROCTIE

Ret enige gebied waar echt op grote schaal volledige automatisering wordt toegepast is de assemblage van Kleine producten in grote series. In de productie van Kleine series en van complexe producten heeft de volledige autclmatisering slechts een aandeel van 10\. De voornaamste redenen vo!)r deze lage graad van automatisering zijn:

-het productcmtwerp is nog niet aangepast aan de automatische assemblage,

-voldoende flexibele apparatuur voor kleine-serie producten is nog niet vo(>rhanden,

-er is een gebrek aan voldoende snelle en geavanceerde robots. Voor dit laatst;e punt heeft robotfabricant ASEA geprobeerd een

oplossing te vinden in de vorm van de IRB1000 assemblagerobot.

De eben die gesteld worden aan een assemblagerobot zijn als voIgt te formuleren:

De robot lI(1et in staat zijn Korte cyclustijden te realiseren. O.w.z.: -hoge positioneersnelheden,

-Korte positioneerafstanden. Deze eis leidt tot een grote beweeglijkheid in een klein werkgebied. Een flexibele productiecel neemt echter aan gereedschappen en

productonderdelen veel ruimte in beslag. Op dit gebied zal dus naar een optimum gez()cht lIoeten worden.

Uit bovenstaande eisen is af te leiden dat een assemblagerobot het grootste deel van de tijd bezig is met accelereren of vertragen. Een groot acceleratievermogen is daarom een voorname eis. Oit in

tegenstelling tot procesr(lbots, waar lIeestal eisen gesteld worden aan de maximum snelheid en de mate waarin de snelheid constant blijft. Vervolyens is op te merken dat bij assemblagehandelingen de componenten lIeestal worden aangeboden in het horizontale vlak en dat de pr()ducten in verticale richting gemcmteerd worden. De horizontale

transportsnelheid is hierdoor belangrijker dan de verticale snelheid. De flexibiliteit wordt verhuugd als de robot vClClr aeerdere taken te programmeren is, terwijl een flexibel (uitwisselbaar) grijpersysteem

-deel 1 IRB1000 beschikbaar aoet zijn. Eenvoudige herprograoering verkort de

installatiet.ijd.

AI::; laatste, belilngrijke eisen wClrden gesteld het hanteergemak (waarvoor 6 graden van vrijheid benodigd zijn) en de

positioneernauwkeurigheid (noodzakelijk door o.a. kleine tolerantieklassen van producten).

Met deze achtergronden is de ontwikkeling van de IRB1000 gestart.

De zes graden van vrijheid, benodigd vo()r bet banteergemak zijn in twee groepen onder te verdelen:

-Een arm met drie grad en van vrijheid voor het positioneren van het polsgewricht

-Een drieassige robotpois voor het positioneren van het gereedschap om bet pl)lsgewricht.

De eerste groep gaf met het oog op de assemblage-taken de grootste ontwerpproblemen. Twee ontwerpeisen zijn nu van belang: het

ac:c:eIeratievermogen en de positiclDeernauwkeurigheid. De acceleratie is voor de verdere oplossing primair gesteld.

FiguuI 1a geeft het. dCI(II ASF.A bedachte concept weer. De arm kan bewogen worden zander dat veel extra traagheid toegevoegd wordt. De arm wordt aangedreven door middel van vier staalkabels, elk door een electromotor op spanning gehouden. Door gelijktijdig de motoren te besturen wordt nu de arm gepositioneerd, waarbij de kabels op constante spanning worden gehouden. De prl)blemen die hierbij optreden zijn de

elasticiteit/verlenging van de staalkabels en het feit. dat de kabels geen drukkrachten kunnen opnemen.

deel 1 IRB1000 Figuur 1b geeft een uitvl)ering waarbij de vier kabeis vervangen zijn door drie schroefspindel aandrijvingen. Deze zijn precieser en kunnen weI drukkrachten opnemen. Ook kan volstaan w()rden met deie in plaats van vier motoren. Een groot nadeel is echter de toegenomen

mas5atraagheid.

Een ander probleem wat zich v(Iordoet is dat in aIle zes de ophangpunten een universele demping gebruikt moet worden, omdat het gecombineerd effect van spelingen niet meer acceptabel is.

figuur 1b

Een volgende stap in de ontwikkeling is daardoor de onafhankelijke besturing van de deie vrijheidsgraden (zie figuur 1c). De

massatraagheid is hierdoor toegenomen, maar de toename is minimaal doordat de aandeijvingen van de twee rotaUes erg dicht bij het rotatiemiddelpunt geplaatst zijn.

figuur 1c

-deel 1 IRB1000 Dit alles leidt ertoe dat de uiteindelijke aassatraagheid niet meer dan 10 '\ lIeer bedraagt dan bij het oorspron1celijke concept. De precisie is echter sterk toegenl)men.

Figuur 1d geeft het experimentele model weer. Dit model voldeed aan de verwachtingen, terwijl de gestelde ontwerpeisen werden gerealiseerd. De definitieve productvorm werd nu verder ontwikkeld. Telt op dit punt waren 15\ van de totale ontwerpkosten besteed.

(Zie literatuur 1 v(Jor uitgebreide text.)

figuur 1d

De aandrijving van de IRB1000 wordt schematisch weergegeven in figuur 2 tIm 4. In figuur 2 worden de assen/vrijheidsgraden van de IRB1000

benoemd.

De aandrijving van de A en B as gebeurt via een -kruk-sleuf- lIechanisme (fig. 3a). Een motor drijft een spindel aan, welke via een

tussenschakel en een hefboom de robot romp beweegt. De aandrijving van de ~-as beweegt een raam waarin de romp is opgehangen. In dit raam wordt de B-beweging gerealiseerd.

De Z-as wordt bewogen via een rondsel-heugeloverbrenging. lan de heugel zit een cunstructie vast, waarin de D,E en P-as aangedreven worden (fig. 4).

De D-a5 (arm-rotatie) wordt bewogen door een rClDdsel-tandkrans overbrenging. Deze tandkrans is bevestigd om een in vier

deel 1 JRB1000 twee aasen. Een as drijft via een overbrenqing in de robotpols de P-as aan, de andere de E-as. 115 de E-as aanqedreven wordt, wordt aan de p-as een rotatie opgedr()nqen. Deze lIoet qecorriqeerd worden dlmr een negatieve rotatie van de P-asmotor.

De constructie van de robotpc)1s is aIleen syabc)lisch weerqeqeven, de echte constructie was niet te achterhalen doordat de pols niet open te maten was.

Side view Front view

0

,··,·:

','", .. ,

1

Z-axis

1

Z-axis E-Axi~ A-axis a-axis l)-,A.)CIS figuur 2 1.6

-deel 1 11B1OO0

---figuur 3a: mechanisme figuur 3b: bewegingspatroon

E-AS

P-AS

.

deel 1 I RB1000

" " " "

"-

"

"

"".~-'>.

~~

l"-f ,

Z-AS

I

I

~

I

D-A

5

I I I , _I

~[D

I

I _• I

I

I I I I

b

II2t ~

~

-

_I I

-~

..

~ I I

1

I I I I I I

1

--10

m

rr.

"- I-I liquur 4: I aandrijvinq van

...

"- de 0, £, Z e n P-as 1.8

-deel 1 IRB1000 HOOFDSTIJI< 1.2: INSTALr~TIE VAN DE ROBOT

De installatie van de IRB1000 is als voIgt onder te verdelen: -installatie van het aechanisch systeem,

-aansluiting en in werking stellen van het besturingssysteem -pneumatisch

-electrisch.

De robot werd afgeleverd in drie delen: pilaar, robot en

besturingskast. Nadat de pilaar met kikkerplaten op een bodemplaat was bevestlgd werd de robot aan de pilaar vastgemaakt. Later bleek dat deze montage grote zorgvuldigheid vereist. 8ij gebruik van de maximale

versnellingen van de IRB1000 treden bij uitgeschoven robotarm grote traagheidskrachten op. Een blijvende bevestiging aet kikkerplaten lijkt bij veelvoudig gebruik op maximum snelheid daarom niet verstandig. Vooral bi j geautomat.iseerde apparatuur dient de veiligheid van de opstelling goed bekeken te worden. Bij de IRB1000 is dit punt door de hoge snelheden en versnellingen extra belangrijk. Om de robot werden tafels geplaatst, zodanig dat Mtoeschc)uwers· nlet binnen het werkgebied van de robot konden komen. De tafels werden zo geplaatst dat de

programmeur nlet door onverwachte bewegingen van de robot verrast kon worden.

8ij eerdere ASEA-opstelllngen op de TR bleek dat er nogal eens een programmeerunit/afstandbediening sneuvelde dOl)rdat mens en over de

verbindingskabel van dit apparaat struikelden. Om dit te voorkomen werd een kabelarm op de controlekast geplaatst, zodat er geen losse kabels meer op de grond lagen.

Na (lverleg met dhr. v. Tartwijk werd het oClrspronkelijke ontwerp vervangen door een type dat er minder fraai uitzag, maar weI veel sneller te maken was (zie bijlage I).

Ret besturingssysteem is door een monteur van ASEA geinstalleerd. Daar de Multgripper (6-voudige grijper) van ASFA aangesloten moest worden kon geen gebruik meer worden gemaakt van de standaard

deel 1 IRB1000 grijperbesturing met bijbehorende aansluitingen. Voor de besturing van de Multgripper is in de !RB1000 een speciale IRD-I/O poort in de

besturingskast aangebracht. Via plugverbindingen ZQU nu de aansluiting

snel te maken moe ten zijn. Rier traden echter problemen op. Na

uittesten van de pneumatische besturing en het bedradingssysteem bleek een telefoontje naar ASEA-Apeldoorn de oplossing te geven: er was

sprake van een ·I)ud· type IRB1000 met afwijkende aansluitvoC)rschriften. Na het aansluiten van de Multigripper op de luchtleidingen (12 stuks) werd een testprogramma gedraaid. De robot leek gebruiksklaar te zijn. Bij latere proeven bleken echter bepaalde instructies weI softwarematig aanwezig te zijn, maar ze waren niet via de plogrammeer-unit aan te roepen. Deze instructies ltonden dus aIleen gebruikt worden in door ASEA geleverde programma's. Bij sommige proeven was het ontbreken van deze instructies een grate beperking.

Om de besturingsmogelijkheden van de IRB1000 wat uit te breiden werd een I/O poort gemaakt (zie bijlage II). Hierdoor werd het mogelijk clmdi tionele sprongen in de programma's in te bouwen.

Bij de installatie en ook bij latere proeven nam de aansluiting van de Multigripper veel tijd in beslag. De Multigripper gebruikt 12

lucht.1eidingen, waardoor dus 24 aansluitingen gemaakt moesten worden. Soms was het mogelijk de gripper aIleen van de robot los te schroeven

(deze bevestiging zat in een lastig hoekje weggestopt), zodat hij aan

de luchtleidingen bleef hangen. Ret risieo van beschadigen was hierbij echter groot. Als nu in de luehtleidingen een 12-voudige pneumatische -stekker- aangebracht zou worden, dan zou het (de)monteren van de Mulligripper veel minder tijdrovend zijn. Met de huidige aansluitingen en bevestigingen lijkt de Multigripper niet geschikt voor regelmatige

(de)montage.

-deel 1 JRB1000 HOOFDSTUK 1.:3: MOGELI.TKHEDEN VAN DE IRB1000

Aan de hand van diverse korte programma's zijn aIle beschikbare

functies van de IR81000 uitgetest. Enkele bijzondere gevallen worden in dit hoofdstuk besproken.

1 TCP definiering

Standaard heeft de 1RB1000 slechts een Tool Center Point (TCP), dit ligt in het nul punt van de pols.

Dit punt bevindt. zich V(lor de multigripper op een lastige plaats. Om voor de eerste keer een TCP te bepalen moet de gripper gedemonteerd worden. Met de instructie -AUTO DEF- voor automatische TCP bepaling kan dan eenvoudig een nieuw TCP gedefinieerd worden door uit te gaan van het bestaande TCP, TCPO. Het steeds demonteren van de multigripper is echter tijdrovend.

Gedacht. is daarom om aan de rand van het werkgebied een voorziening te treffen, waarmee met behulp van een tweede standaard-TCP eenvoudig nieuwe TCP's bepaald kunnen worden.

x

figllur 5

Werkwijze: Schrijf een programma waarmee st.eeds opnieuw TCP9, het

deel 1 IRB1000 Tepo (bijv. x=200, y=O, z=O), naar een vast punt aan de vaste we reid gebracht wordt. Door nu de instructie TCP, AUTODEF aan te roepen ltan

.

men deze positie als BEGINPOS opgeven. Door nu het gewenste TCP in het vaste punt te brengen en ENOPOS in te drukken is het nieuwe TCP

gedefinieerd. Bet punt aan de vaste wereld ltan uitgevoerd worden ala in figuur 5 (zie o[~ bijlage III)

Opm.: Men kan ol)k de robot op een bepaalde afstand van hetpunt op de vaste we reId brengen zonder TCP9, maar dan kan men de instructie TCP, AUTODEF niet gebruiken.

2 Basepoint definierinq

Normaal gebruikt de robot in de stand -toolcoordinaten- een as, lopend door het actieve TCP en TCPO, als rotatieas. DOl)r bij een te gebruiken TCP nu een ander punt als BasepClint te definieren, wordt nu een

rotatieas genomen die loopt door het TCP en het bijbehorende Basepoint. De IRB1000 heeft 10 TCP's beschiltbaar, zodat ook 10 rotatieassen

gedefinieerd kunnen worden. TCP's en Basepoint:; kunnen ook op floppy-disk opgeslagen worden.

3 prie-rotaties-test

Met de D-as kan de IRB1000 een rotatie VB.n 370° maken. De pols maakt er nog eens 710°. Theoretisch zou nu een rotatie te malten moe ten zijn van 1080° (drie omwentelingen). A1s echter de assen in elkaars verlengde geplaatst worden komen er foutmeldingen bij het uitvoeren van de

beweging. Er is dan nog maar 1.5 omwenteling te malten. De foutme1dingen verdwijnen a1s de assen iets in een hoek gep1aatst worden.

4 Modified rectangular coordinates

De lRB1000 heeft zes vrijheidsgraden. Dit maakt het moge1ijlt dat een bepaalde gri jperorientatie vaak I)P twee manieren te bereiken is. De hand1eiding spreekt hier dan Clver -singuliere punten-, Door over te gaan van normale rechthoekige coordinaten op -m()dified rectangular coordinates" is dit prob1eell te verhe1pen. De stand van de grijper ten opzichte van de pols wordt nu geHjlt gehouden, zl)dat het aantal

vrijheidsgraden gereduceerd wordt tot 5.

-deel 1 IRB1000 De grote beweeglijkheid van de robotpols levert echter nag meer

problemen. Bij het opstarten van de robot vanuit een willekeurige stand wordt vaak een verkeerde positiemeting toegepast. Het lijkt erop dat de hoekstand-metingen in de robotpols slechts een bereik hebben van 360°, terwij1 voor de P-as 710° noodzakelijk zijn. Hierdoor loopt de robot erg vaak in zijn eindstandmelders, waardoor foutmeidingen kl)men. Bij het pr(lgrammeren en bij het starten van een prcigramma m(let men daarom de mbot steeds in dezelfde beginpositie zetten. Omdat de besturing steeds de kortste toegestane weg kiest tussen twee punten treden toch nog vaak foutmeidingen op. Dit werkt erg storend.

Een groot nadeel van deze fouten is dat de robot voelr een foutmelding erg ongecontroleerde bewegingen kan gaan maken. Als er op dat moment: hulpapparatuur opgesteld staat is het gevaar op botsingen en

beschadigingen groot.

5 Niet aanwezige instructies

In de inwerkperiode bleek dat enige functies niet aan te roe pen waren, terwij1 ze weI tot het functiepakket hoorden. Dit werd geweten aan het gebrek aan ervaring met de ASEA-robot. Bij verdere bestudering bleek dat de instructies weI degelijk niet aan te roepen waren. Ret

besturingssysteem kende de instructies weI, want test programma's van ASEA maakten gebruik van de instructies.

Na meerdere telefoontjes met ASEA-Apeldoorn en ASEA-service Rotterdam bleek dat de EPROM van de programmeer-module van een verkeerd type was. Hoewel een ni euwe EPROM dO(II ASEA toegezegd was, was deze na 2 maanden nog steeds niet op de TH aangekomen (ondanks herhaaide verzoeken). De niet-aanroepbare instructies waren:

CIRCLE FRAME

.rUMP UNOT INPOS

6 Instelbare positioneer nauwkeurigheid

OVERLOAD

ALIGN (in combinatie met BASEP) (ADAPTIVITY ?)

1415 de robot langs een serie punten wordt bewogen w(lrden deze punt en

aIleen echt bereikt als gebruik wordt gemaakt van de WAIT-instructie. Anders wordt als het ware de bocht afgesneden. De nauwkeurigheid

deel 1 !RB1000 FINE, FINEL en FINEXL. Hiermee wordt een gebied gedefinieerd, de

zerozone, waarin de robot perse geweest moet zijn. Deze zeroze,nes hebben de volgende afmetingen:

FINE 1 mm

FINEL FINEXL

4mm 50 mm

In de mode .nNE is het nu mogelijk dat de robot bij het zoeken naar de zerozone in een oneindige loop lwmt. Dit is te voori:omen door een maximale positioneertijd op te geven.

7 Snelheden en Werkbereik

Per vrijheidsgraad gelden de volgende snelheden en werkbereiken: A as 8Go/sec ± 300 B as idem 7. as 1 m/sec 350 mm D as 4000_/sec

_±

1850 E as 360o/sec

±

120° P as 4800_/sec

_±

_355°

De maximale programmeersnelheid bij gecombineerde bewegingen van de assen is 2500 mm/sec.

/\

\

\

,

I

JJ

_{~I ~I}

~I

I ,

"--l---t---w:---t---'-I i

bOO

I

I

....,

figuur 6 - 1. 14

-deel 1 IRB1000 8 Draagvermogen

Het standaard draagvermClgen van de robot is 3 kg. (incl. gnJpers en hulpapparatuur). Omdat dit redeIijk weinig is is er de functie

·OVERLOAD-. Hiermee lean het draagvermogen tClt 6 kg. verhoogd worden. Men verliest hierbij weI een deel van het acceleratievermogen. Deze clverload kan tijdelijk in een programma gedefinieerd worden, zodat niet het hele programma op lage snelheid afgewerkt hoeft te worden.

9 Verqeliikinq met IRB6 (prClqrammerinq)

Voor de programmeerwijze heeft men het systeem van de IRB6 overgenomen (behoudens enkele wijzigingen). Dit voorkomt veel problemen als men van type robot Clverschakelt. De programmeermodule is gelijk aan die van de IRB6 (uitwendig en in gebruik, de electronica is anders).

De volgende wijzigingen zijn opgevallen:

- De IRB1000 specialti.es. (A.LIGN, OVERLOAD, ,JUMP IFNOT IMPOS, BASEP) - De listingen zijn gebruiksvriendelijker geworden, de gebruikte programmanummers zijn op te vragen en een programma is tijdens het -runnen- te listen.

- Veel opt:ionele funcHes (waren niet aanwezig of niet aanroepbaar, zie punt 5).

10 ALIGN FUNCTIE

Met de align functie lean een grijperstand in het geheugen opgeslagen worden. Heeft men deze stand later weer nodig dan plaatst men de grijper ungeveer in dezelfde (.rientatie en roept dan de functie ALIGN aan.

Deze orienta tie gebeurt dc)or de grijper t.O.V. zijn TCP te verdraaien. Bij alleen qebruik van een TCP werkt de functie goed. Is er echter een Basepoint in gebruik dan geeft de robot een foutmelding. Deze fout was Diet in de errorlijst opgenomen (504 programm error 15).

A1s na zo'n fout een programma weer opgestart werd viel de robot dood. Gewoon opnieuw opstarten was niet mogelijk, er moest een koude start toegepast worden. De oorzaak van dit probleem is niet gevonden.

deel 1 IRB1000 HOOFDSTUK 1.4: ORIENTATIE-OPDRACHT, BOUT-MOER VERBINDING

In de vorm van het realiseren van een bout-moerverbinding is getracht inzieht te krijgen in de Ilogelijkheden van de IRB1000.

Het oorspronkelijke functiepakket van de rRB1000 geeft veel

ml)gelijkheden om een bout op een moer te draaien. Echter het missen van de ·CIRCLE" instruetie bleek een groot handicap te zijn.

Omdat de minimale werkhoogte van de IRB1000 560 am. is, was het nodig een standaard te maken waar de bout of de moer op vast gemaakt kon worden. Deze standaard kon niet permanent opgesteld worden, omdat dan het risieo groot was dat bij het lopen van andere programma's de robot tegen de standaard ZI)U botsen. Dit leverde voor wat betreft de

positioneernauwkeurigheid een probleem op. Figuur 7 geeft het ·prototype- weer van de standaard.

figuur 7

De standaard bestond uit een profiel 30x30x2 dat v8stgelast was op een T-vormig voetstuk, gemaakt van dezelfde afmeting profiel.

Volgens literatuur 2, NEN-bundel 2; bevestigingsartikelen blijkt een

M12 bl)ut de volgende spelingen te hebben.

2x2 = 2x = 0.034 am

\J():.~ ~1.6 en grocer, paH:ng 61-1:

VOC~ ....,5 e~ groter ook pas-~~·If 7t-f _{figuur 8}

-deel 1 IRB1000 De herhalingsnauwkeurigheid voor het positioneren zou dUs indien

mogelijk 0.034 am. moeten zijn. De herhalingsnauwkeurigheid van de robnt bedraagt echter Ilaar ± 0.1 1lDl, waardoor het grootste deel van de

positioneerf()ut opgevangen Il(let wl)rden door de elasticiteit van de standaard. Deze elasticiteit wordt ook weI compliantie genoemd (zie deel 2, pag. 2.2)

De standaard werd op de bodemplaat van de robot bevestigd met drie kikkerplaten. De positie van de standaard werd behoudendoor drie blokken, gemonteerd op de bodemplaat, als richtpunten te gebruiken. Zoals hierboven vermeld moet de positioneerfout van de robl)t opgevangen worden door de compliantie van de standaard. De standaard heeft zelf echter ook een positioneerfout. Deze is zoals later blijkt tamelijk groot. Door nu de bevestiging van de voet van de standaard zo stijt Ilogelijk te maken is getracht de afwijkingen die onstaan doc)r het opnieuw Ilonteren zoveel mogelijk tegen te beperken.

Deze afwijkingen worden voornamelijk veroorzaakt door vervormingen ten gevolge van het aandraaien van de Iloeren op de kikkerplaten. De tout, veroorzaakt door de aanslag-onnauwkeurigheid, is hierbij te

verwaarlozen (kwispeleffect tegenover x-y-translatiefouten).

Ret stijver maken van de standaard is in aeerdere stappen uitgevoerd. De eerste verandering aan de voet van de standaard was het aanbrengen van drie pl)otjes, waardoor een driepuntsophanging ontstond. Na elke verandering zijn metingen gedaan. Deze zijn weergegeven in figuur 11. De melingen zijn gedaan Ilet een meetklok, welke bevestigd was op de grijper van de robot .

len volgende verandering was het aanbrengen van ronde klellpunten. Zie figuur 9. Ret vlak van de 1d.kkerplaat bleek namelijk aan het profiel een hoekverdraaiing op te dringen. Doordat de standaard hierbij als vergroting optrad, ontstond door dit effect een grote fout.

De laatste verandering was het massief maken van de uiteinden van het voetstuk. De grote klemkracht zorgde ervoor dat het profiel vervormde en zo de standaard een bepaalde richting optr(lk. Met de massieve uiteinden werd dit tegengegaan. Zie figuur 10.

deel 1 IRB1000

[

_J

l

I

r

'\

-.

_{_\.:}

_./

-I I I

I

figuur 9 figuur 10 Meetplaats

I

1 2 3

afw van max afw van max afw van Ilax (alles in mm) gemidd. afw. gemidd. afw. gemidd. afw.

1 ! *met driepunts

I

10.03 I f I I opspanning 1 0.75 1.36 ' 0.06 0.14 I 0.20

I

*losse st..aafjes: ,

!

I

als klempunt 0.22 0.32 0.03 0.06 0.03 ! _0.05 I *staafjes , _j i l I I gelast

I

0.22 \ 0.39 0.019 0.035 0.1841 0.27 I . figuur 11

De laatste twee metingen geven vreemde resultaten. Dit zou als voIgt te verklaren kunnen zijn. De kikkerplaten veranderen bij bet aandraaien van hoogte. De losse klempunten (ronde asjes) kunnen nu deze beweging volgen, terwijl de vaste aan de standaard een rotatie opdringen. Als dit echter de oorzaak zou zijn, dan zou dit oox bij andere metingen tot uiting moeten komen.

In de laatste uitvoering is de invloed van bet aandraaien van de moeren bekeken. Figuur 12 geeft de ultwijkingen weer, die ontstaan ala men de Iloeren van helemaal vast naar los draait. (verplaatsingen in mm's.)

-I

I

I i ! deel 1 1RB1000 I \ Meetplaats

,

_I

1 _t 2 3 i Moer i

CD

0.03 0 0.07

@

0.11 0.04 0.19

G)

i 0.13 0.04 0.25 :

figuur 12a figuur. 12b

Met de nu verkregen standaard is geprobeerd een bout-moer verbinding tot stand te brengen.

Voor deze handeling is op de volgende punten onderscheid te maken: 1a aandrijving door de robot

b aandrijving door een hulpgereedschap

2a rotatie met de gereedschapas samenvallend met de boutas b rotatie met de gereedschapas draaiend om de boutas

3a translatie van de moer door neerwaartse beweging van de robot b translatie, opgedrongen door de schroefdraad op de bout

4a de moer op de bout draaien b de bout in de moer draaien

Gekozen werd nu voor de combinatie 1a/2a/3b/4a. 1b is in het kader van de opdracht niet interessant. 2b was door het ontbreken van de CIRCLE instructie aIleen te Ilaken ais het TCP samen kan vallen met hel:

rotatiemiddelpunt. 3a is weI mogelijk, maar de afregeling van de translatie en de rotatie kost veel tijd (te maken met de instructie -POS TIMF--). 4b verviel om practische redenen: een bClut is veel eenvoudiger aan de standaard vast te maken dan een moer.

deel 1 IRB1000 De beweging is nu als voigt gerealiseerd: Met een grijper van de

multigripper wordt de moer opgepakt en op de bout geplaatst. De moer was tegen twee aanslagen gelegd, zodat zijn positie gedefinieerd was. Bij het loslaten van de moer kon het vClorkomen dat de twee

schroefdraden in elkaar grijpen, zodat de moer scheef wegzakt. Het zou beter zijn om de moer blijvend in verticale riehting te geleiden. (Oit gebeurt ook bij bestaande apparaten.)

Hierna schuift een aan de mu1tigripper bevestigde dopsleutel over de moer. Via de Tep-BASEPOINT (zie vt)rig hoofdstuk) cl)mbinatie kan de robot nu een beweging uitvoeren rond de as van de dopsleute1, zodat de moer aangedraaid wordt. Oeze as is zeer moeilijk te definieren. Er zijn geen materiele punten beschikbaar waarop Tep en BASEP af te regelen zijn. Verder zijn met de joystick de robot assen zeer moeilijk

onafhankelijk te besturen. Oit leidde ertoe dat na drie eyeli (de robot heeft 2.5 rotatie ter beschikkinq, zodat steeds teruqqedraaid moest worden) de as a1 15° verdraaid was.

De scheefstand bleek afhankelijk te zijn van de afstand tussen Tep en BASEP. Hoe grater de afstand, hoe qroter de afwijking. Hieruit valt op te maken dat de fout veroorzaakt wordt dl)or de moeilijke onafhankelijke asbesturing. Oo"r Tep en BASEP dicht genoeg bij elkaar te leqgen bleef de asverdraaiing beperkt tot 10°. De eerder vermelde compliantie van de standaard werd hierdoor extra beproefd.

Op deze niet perfecte manier is het gelukt om de moer helemaal aan te draaien.

-deel 1 IRB1000 CONCLUSIES

De IRB1000 is een assemblagerobot, wat wil zeggen: met boge snelbeden en versnellingen Kleine en Hcbte voorwerpen met een redelijke

nauwkeurigheid op bun plaats brengen. 011 meerdere producten op te kunnen pakken zonder van grijper te hoeven wisselen is de robot uitgerust met een zesvoudige grijper.

Voor wat betreft de snelheid voldoet de robot ruim. 1.0 op bet oog zijn er voldoende producten, die niet geschikt zijn om bij die snelheden getransporteerd te worden. De herhalingsnauwkeurigheid van de robot is ook goed. Met een meetklok aan de multigripper gemonteerd is een waarde van minstens 0.1 JIll gemeten.

De baannauwkeurigheid laat weI wat te wens en over. Bij buge snelheden en bij uitgeschoven arm trilt de robot hevig. Metingen van dhr. Hijink wezen ook niet op uitmuntende eigenschappen. (Zie bijlage IV, modale analyse.)

Verder trilt de robot wat bij erg lage snelheden en bij ingewikkelde bewegingen op hoge snelheden. Dit is te wijten aan de rekensnelheid van het besturingssysteem.

De bruikbaarheid van de multigripper valt tegen. De grijperbekjes zijn erg zwak uitgevoerd. Ze vertoonden dan ook al erg veel speling door gebruik hi.j de vorige eigenaar. De toepasbaarheid van de bijgeleverde bekdeeltjes valt (10k tegen. De klemkracht is gering en de vlakjes lopen niet evenwijdig. Dit wordt veroorzaakt doordat de grijperhelften niet parallel bewegen, maar naar elkaar toe scharnieren.

De grijpers zijn in de programmeermode niet aan te sturen. Dit geeft prl)blemen bij bet positioneren van de grijpers.

Bij de multigripper moet verder opgemerkt worden dat de begrenzing van de Z-as beweging niet is afgesteld op dit gereedschap. Bij volledig ingedraaide arm en opgedraaide grijper stoot de grijper tegen de romp aan.

Totaal gezien is de IRB1000 voor assemblagewerkzaamheden in een kleine ruimte erg geschikt. Bij grotere producten moeten a1 snel extra

deel 1 1R81000 voolzieningen getloffen worden. Oe robot is erg snel en in vergelijking met andere robots erg nauwkeurig. Oit komt vCloral tot uiting bij

·Pick & Place- funkties. Positioneer-opdrachten bij lage snelheden (zoals invoegoperaties) kunnen door trillingen problemen leveren. (Trillingen ver()Ouaakt door de voor het mechanisme van de robot noodzakelijke ingewikkelde berekeningen.)

ProgIammering van de robot vraag1; in vergelijking met de 1R86 veel consequent denkwerk. Oit zou te verbeteren zijn door de positiemeting van de robot aan te passen.

AIs de robot niet gebruikt wordt voor 5impele positioneerhandelingen, wordt het programmeren ineens veel ingewikkelder. (bijvoorbeeld de in het vorig hoofdstuk besproken bout-moerverbinding).

Samenvattend kan gezegd worden dat de 1R81000 een zeer

flexibele, intelligente pick ~ place unit is, met hoge snelheden/ acceleraties en een hoge positioneernauwkeurigheid. 8ij contour-operaties worden de snelheden en nauwkeurigheden belangrijk minder. Tijdens dit deel van de opdracht is gebleken dat bij robottc)epassingen aan de randapparatuur hoge eisen gesteld worden (bijvClorbeeld de

multigripper en de standaard). In het volgende dee 1 van de opdracht wordt. de automatische positioneerhandeling behandeld. Rier worden vaak nauwkeurigheden geeist, welke ordes hoger liggen dan de robot; kan bereiken. Oaardoor zijn speciale voorzieningen nodig. De achtergrond hiervan komt in het volgende aan de orde.

-deel 1 IRB1000

LITERA TUURf. I I.1ST

1 Pendulum Robot: six degrees of freedom without any backlash for fast and precise assembly

I. Ostman, C.A. Allared, U. Holmqvist. ASEA .Tournal 3/4 '85.

2 N.E.N.-bundel 2; Bevestigingsartikelen

Normblad NEN 3222; Metrische schroefdraad, grove spoed. toleranties.

3e druk Oktober 1969. 3 IRB1000 productinformatie 4 JRB1000 programmingmanual

deel 2 pen-gat verbinding

HOOFD5TUK 2. 1: PROBLEEMOM5CHR t.WING

Ga na wat de problemen zjjn die optreden bij het asseableren aet robots van pen-gat verbindingen bij grof;e diameter-lengte

verhoudingen. Probeer hierbij een oplostiing te vinden.

De handeling die beschouwd wIndt omvat allerlei varianten (afwijkingen, opgeleyd door speling. geometrie, hanteernauwkeurigheden e,d,), De ()plossing moet daardo()J': waarschijnlijk niet gezocht w()rden in een specifieke grijper. Jdeaa1 f1exibele grijpers zijn erg dun gezaaid en de oplossing zou waarschijnlijk situatiegebonden zijn. Beter lijkt bet om de handeling a15 een positioneerprob1eem te beschuuwen.

De beperkte positioneer-nauwkeurigheid van robots (aeestal

>

0.05 am.) leidt. ertoe dat tussen grijper en robot een rege1systeem geplaatst moet w()rden. Hiervan zijn in de literatuur (1 t/a 7) diverse toepassingen verme1d. Deze toepassingen zijn als voIgt in te de1en:

-mechanische cOl1pliantie

*tussen grijper en robot *ingebouwd in de opspantafe1.

-softwarematige aanpassingen (regelsysteaen), Een andere onderverdeling is:

-actieve compliantie: ala gevo1g van een bepaalde waarneaing wordt een correctiesignaa1 gegenereerd,

-passieve compliantie: de constructie hee!t ~elf de

mogelijkheid om zonder tussenkomst correcties toe te passen. Ret beg-rip complianti e is a1s voIgt te defini ercn:

v. Dalen Nederlands Woordenbock:

volgzaamheid, m.n. van de grammofoonnanld: het gemak waarmee de groeven van de plaa t worden gcvl)lgd.

v. Dalen Engel:;; Woordenboek:

-volgzaamheid, inschikkelijkheid, aeegaandheid -onderdanigheid

-buigzaamhfdd, flexibiliteit.

-Pioneers Hifi Woordenboek:

c(lmpliantie

=

beweeglijkheid.

deel 2 pen-gat verbinding

Uit deze bronnen is een voor het hierboven vermelde pcobleem

t(lepas~elijke betekenis te destileren:

Compliantie: de mate waarin een constructie (van buit;en af) opgelegde kleine verplaatsingen kan opvangen.

Onder deze verplaatsingen wordt dan bijvoorbeeld een positioneerstap verstaan, welke kleiner is dan de positioneernauwkeurigheid van een robot.

IH jvoorbeeld :

po~ti(lneernauwkeurigheid van de robot: 0.1 11m

plaatsnauwkeurigheid van de pen-gat verbinding: ± 0.025 DUD

- 0.05 _{• 0.05}

-9.

025 0.025

-I

0.075 figllur 13

Vereiste compliantie (zie tekening) 0.075 11m correctie.

N. B. Door het zgn. kwispeleffect kan de vereiste compliant.ie in het daarvoor gemonteerde onderdeel veel lager 7.ijn.

Ter onderscheid van het beg rip elasticiteit dient nog vermeld te worden dat v()or compliantie nuttig gebruik gemaakt kan worden van de

elastidteit van een constructie. Compliantie kan echter ook beheerst opgewekt: worden (bijvoorbeeld electrisch Ilf pneumatisch).

Elasticiteit koppelt kracht direct en vast aan verplaatsing, bij compliantie hoeft geen sprake te zijn van een vaste KIlPpeling.

dee I 2 pen-gat verbinding HOOFOSTUK 2.2: tNr.EJ:DING

De algemene handeling ·pen-gat verbindinq" is op grond van diverse criteria in groepen te verdelen.

Enkele criteria zijn:

- Kleine diameter/ grote diameter

- Meervoudige/ enkelvoudiye verbindiny (multiple pin insertion) Deze is weer onder te verde len in a1 of niet gelijktijdige montage:

figuur 14

- Aanwezigheid van productsymmetrie. waarbij het aantal f>ymmetrieassen beperkinyen oplegt aan het mont.eergemak. - Inwendige of uitwendige montage, of anders omschreven:

"pen-gat verbindiny" of "dekselmontage"

- Door vormafwijkingen zoaIs nokjes en pennen op het pruduct kan de vereiste positioneernauwkeurigheid sterk beinvioed worden. De vormafwijkingen kunnen tot richtende

eiyen~;chappcn leiden. Echt.er bij nauwe passingen wordt. de handeling veel lastiger.

Het belang van het "pen-gat" probleem wordt duidelijk ais lien kijkt naar de volgorde van v()orkomen van diverse montagehandelingen.

(z.o.7..)

-1 pen-gat. verbindingen 2 5chroefverbindingen

3 bajonetachtige verbindingen

deel 2 pen-gat verbinding

34 \

26 \

12 \

4 multiple pin insertion 8 \

5 pen gat verbinding met negatieve passing 8 \

6 pen-gat verbinding met burging (bijv. borgpen) 5 \

7 omkeerbewegingen 8 pen verwijderen

9 tijdelijk support aanbrengen

10 • • verwijderen 11 krimpverbindingen 12 soldeer/lasverbindingen 2 \ 1 \ 1 \ ± \

±

1 \

±

1 \ 100 \ (Deze lijst is ()pgeaaakt un de hand van assemblage van uiteenlopende producten, zie literatuur 8, Designing for Automated Assembly.)

H. E. Frank (Ii t 9) heeft VOI)r de frequentie van voorkomen van

verscldllende productvormen de volgende statistische gegevens gev(lnden: rotatiesymmet.rische onderdelen zonder afwijkingen:

LID

>

2 34.2 \

0.5

<

LID

<

1.9 16.1 \

0

<

LID < 0.49 13.4 \

idem met afwijkingen:

LID

>

2 3.5 \ 0 < LID

<

1.9 7.2 \ retlt rotatiesymmetrisch: 0.26\ niet. rotatiesymmetrisch: kubisch 16.3 \ vlak 6.9 \ langwerpig 1.1\ (werige 0.3 \ tot 99.86\

deel 2 pen-gat verbinding Als aangenomen wordt dat bij pen-gat verbindingen dezelfde verdeling geldt. a15 bij bovenstaande productvormen, dan wordt voor pen-gat verbindingen met 0

<

I,/D < 0.49 een aandeel van 21.9 \ gevonden.

(Niet rot.at.iesymmetrisc:he onderdelen naar verhouding ollgerekend.) Bij een ander.e ver.deling vlmd Frank de villgende gegevens:

C/A-Don fJ,1J5 41 42 0.5 l,U r/;nd

8/A-figUUI 15

Uit deze grafiek blijkt VO!)! een CIA (LID) waarde kleiner. dan 0.5 een

aandeel in bet totaal van ongeveer 35 \ te gelden.

Vanwege dit aandeel van 15 \ lijkt bet de Iloeite waard Oil de specifieke

problemen bij pen-gat verbindingen voor grate D/L verhoudingen nader te bekijken.

-d(!el 2 pen-gat, verbinding

HOOFDSTUK 2.1: DEStGN FOR ASSEMBI,Y

Alvorens aan de montagehandeling te gaan rekenen nog enige opmerkingen over het aspect productontwerp.

De term "Design for Assembly" of "Design for Automation· wordt in pUblicatie:; vaak gebruikt. tn het artikel "Designing for Automated AssemLly· (lit 8) wordt aangegeven op welke gebieden product-ontwerpers en prmluctie-ontwerpers kunnen samenwerken.

De volgende punten worden benadrukt: 1 Is een onderdeel essentieel

2 wat is de ideale assemblagevolgorde

:3 voldoet een product aan de eisen

4 V()Orkllm grote variaties in een productonderdeel (b.v. pas slechts een afmeting bout toe)

5 breng symmetrie aan, of ... . 6 ... breng assymetrie aan.

7 minimaliseer het aantal onderdelen

8 assemblage van het pro(luct in een richting (dus niet vanaf zijkanten, onderkant en bovenkant tegelijk).

9 minimaliseer het aantal assemblage-deelopf'!raties

10 I'elateer een montagehandeling niet in eerste instantie aan de menselijke bewegingen

11 bchoud reeds gerealiseerde orientaties

12 bij georienteerd transport beschadigingen door opspanning voorkomen

13 een tlubonderdeel pas zo laat mogelijk in het productieproces karakteristieke eigenschappen meegeven. Dit bevordert universele Lruikbaarheid in meerdere producten

14 productontwerp zodanig dat hanteren m.b.v. een grijper kan gebeuren zonder betlchadiging van het product.

De problemen die optreden bij het assembleren van onderdelen kunnen beperkt worden a15 verschillende vakgebieden goed (lP eHaar afgestemd

deel 2 pen-gat verbinding zijn. De vakgebieden die elkaar bij het monteren van een product

ontmoeten zijn onder andere:

- productontwerp (met het bijbehorende pakket ontwerpeisen) - fabricagetechnieKen

- automatisering/ mechanisering - prrnluctiebesturing

Hoe minder deze vakgebieden in overleg treden, hc)e moeilijker de montage te realiseren zal zijn.

In verband met de opdracht gelden dan nog de volgende ei5en:

- bevo.rder de bereikbaarheid op plaatsen waar subonderdelen gemonteerd moeten worden,

- breng up de producten afrondinyen en afschuiningen aan,

- streef naar totale symmetrie, of breng richtende eigenschappen aan, - vermijd de multiple pin insertion,

- VI)OrKOm zo mogelijk grote toleranties en nauwe passingen, - verrnijd fatlricagecmnauwkeurigheden en voorkom onnauwkeurige

op:>panningen,

- voeg indien nodiy, elasticiteit toe aan een product voor vereenvoudigde montage,

- pa5 in de fase van productcmtwerp het product en de evenlueel te gebruiken grijper op elkaar aan en bouw in het: product voldoende sterkte in, zodat het te hanteren is,

- vermijd duur gereedschap.

Hoewel bovenstaande eisen niet altijd te realiseren zijn, is het bij

toepa:3~ing veel beter mogelijk om :;tandaard-oplossingen te gebruiken.

-deel 2 pen-gat verbinding HOOFDSTUK 2.4: DE POSITtONEERHANDELING

De pen-gat verbinding is in beginsel te verdelen in uitvoeringen met of zonder zoekrand. De zoekrand laat een grotere positioneerfout van de robot. of manipulator toe.

Een ander v()ordeel is dat. door een zoekrand de effectieve insteeklengte (L) toeneemt. Bij tweepuntscontact (dit treedt op bij een te grote hoekfClut) is namelijk aan de insteeklengte I (zie fjguur 16) een ondergrens opgelegd:

lmin > f· D D

=

diameter gat

f

=

wrijvingscoefficient

1

=

insteeklengte

I.

=

effectieve inst.eeklengte

¢!)

figuur 16

Bij berekeningen in dit h(j(lfdstuk wordt uitgegaan van gaten met zoekrand.

dee 1 2 pen-gat verbinding De automatische pen-gat verbinding (in de opdracht is er eigenlijk sprake van een "schijf-yat verbinding") is als voIgt te beschrijven.

1. Grove positionering m. b. v. robot of manipulatl)l (macrobewegi ny) .

- buiten het tolerantiegebied van de zoekrand (deze beweging wordt in de opdracht buiten beschouwing yelaten) .

- binnen het tolerantieyebied van de zoekrand. 2. Start van de invoegoperatie, invoegbeweging langs een

eventuele zoekrand (microbeweyiny). 3. Invoegbeweging (macro + micrC)beweging).

De macrobeweyiny wordt. door de robot uitgevoerd. lndien de resolutie hiervan niet voldoende is, moet de microbeweging opgevangen worden door een compliant.

De beweyingen onder 2. en 3. worden in dit hoofdstuk berekend en/of beredeneerd.

Hierna v()lgt een berekening I model vorming voor de volyende punten!

1. Invoegbeweging langs een afschuining bij ronde gaten (met zoek-rand) .

2. Criteria voor vast.1(1pen hij het vervolg van de invoegoperatie. (Bepaling van de cmdergrens voor de hoekfout.)

3. Toelaatbare hoekfout: bepaling van een bovenyrens i. v .m. de -dude hoek-.

-<leel 2 pen-gat verbindinq 1 Invoegbeweqing langs een afschuining bij ronde gaten (met zC?ekrandl "(>delmatiq is de pen-gatverbindinq als volgt te beschrijven:

Figuur 17

x = horizontale verplaatsinq

'k = veercomitante van de compliant: F = compliantkracht = x . k _c

Me= compliantmoment

=

x . k . 1

F.= insert'kracht.

1

F _w

=

wrijvinqskracht langs de zoekrand FN= normaalkracht op de zoekrand

FVI Fh

=

verticale resp. horizontale component van FN Mp= totaalmoment t.o.v. punt P

I/l = afschuiningshoe'k van de zoekrand

f

=

wrijvinqscoeffid,ent d

=

diameter pen

o

=

diameter qat

deel 2 pen-gat verbinding Horizontaal krachtenevenwicht: -Fe + Fh - sin." 'F_w

=

0 - k • x + CO!i." • F N - sin." ' f . F N

=

0

..

₌

cos." - f· sin." a Verticaal krachtenevenwicht: F. - F - cos." . F

=

0 1 V w

F·

=

F + coscp . F

=

sinlp • FH + f . cos." . FN

1 v w .. F. ~

=

simp + f . COSIp • k . x

=

~. k . x COS" - f· sin" a Momentenevenwichl om punt P:

~

M = -M - F • h +}o. • d/ + coscp . F . d/ + sincp . F • h

p c h v ~ • w /2 w

F _N

=

k·

-

x

a

.. M

=

xx.(d + 2hf. sincp + df - 2h.cos." - I) met a

=

COSIp - fsin".

p 2a 2a

" = 45°: Mp= -xxI - ~ [h(1-f)

( 1-f)

%<

1+f)]

Getal5wij~e benadering: 1-f loopt naar 0.5 .. invloed h: 0.5' h.

1+f loopt naar 1.5 .. invloed d: -0.75 . d.

Mp= -kxl - 2kx·[0.5h - O.7Sd].

Mp < 0: Rel moment dwingt de pen (1m, dour de wrijvingskracht heen, naar het gat t(le te gli jden.

Mp > 0: Kantelen van de pen maakt invoegen I)nmogelijk.

-deel 2 pen-gat v~rbinding

De positieve invloed op Mp begint als h{1-f)

<

0.5d(1+f)

(met f

=

0.5 O.Sh ( 0.7Sd

h

<

1.Sd.

VOOT het: slagen van de invoegbeweging is dus vereist: h ) 1.5

(bij f = 0.5).

Parameters van invloed op het proces:

X, Cfl, f. h. 1, Ii

waarvan gegeven: h, d.

Mp is nu negatief te houden door 1 groot te nemen of f (kunstmatiq) klein te h{~den. Dit laatste vereist smering, wat doorgaans niet toegestaan is. (De materiaalkeuze lig1: door het: product al vast.) k is voor het moment alleen schaalvergrotend en leidt tot grotere proceskrachten (in di t model).

Om Mp negatief te houden is het ook mogelijk om h kunstmatig groot te houden door het product star in t.e klemmen. nan is het beter om naar het moment om Q te bekijken:

= -ltd - kxh +

~'kX

.%'.

MQ moet dan ook kleiner dan 0 zijn.

. f 1 bd 1

Dlt gee t: 1 > _ - .

2a

Behalve 1 en f is ook nog de afschuiningshoek ql van invloed.

De invoegoperatie wordt eenvoudiger als Cfl Kleiner gekuzen wordt. Pit is op twee manieren te realiseren: (z.o.Z.)

J:'iguur 18

deel 2 pen-gat verbinding

Dit leidt ertoe dat de toelaatbare positioneerfout kleiner. wordt, waardoor de invoegoperatie weer lIueilijker kan worden,

nit leidt tot een Kleiner effectief draagoppervlak van de pen-gat

verbinding.

Het werkelijke probleem is ingewikkelder. Er is sprake van meerdere (0) krachtwisselwerkingen, de compliant kan niet door een enkele veer gesymboliseerd worden, etc" ne invloed van de extra paraJlleters is echter gelijksoorti.g aan die bij het model.

2 criteria voor vastlopen bi-; vervolq van de invoeqoperatie (Bepaling van de cmdergrens voor de hoekfout.)

AI:.) het product de eventueel aanwezige zoekrand is gepasseerd, voIgt de feitelijke invoegoperatie. Hierbij untstaut bij een hoekfout van het product een risicl) op vast1open.

-dee I 2 pen-qat verbindinq In de literatuur wordt hiervl)or de volqende voorwaarde qegeven:

figuur 19

(f = wrijvingscoefficient)

1 _min

=

t·D.

Voor de t.oelaatbare hoeXfout ont.staat dan de v()1gende relatie: f)max = 0

~ t~

=

i .

D

~

d

m1n

Hieruit blijkt dat voor grotere diameters een qroter risico op vastlopen be:;taat (als de spelinq D-d gelijlt gehouden wordt). Bijv.: d=9, D=10, f=0.2: 9_{max= 0.5 rad, 1min=2} D.

d=99, D=100, f=0.2: 8_U1ax=o.oS rad, Imin=20 mm.

Ais de pen in het gat komt, treedt de v(l1gende situatie op:

figuur 20

f=0.2, D=10: dmax= 9.8 mm. f=O.2, 0=100: d_max= 98 mm.

Steeds blijkt., dllt bij 5cliaaivergroting ook de montagespeling vergroot moet worden. Oit; is vaalt niet mogelijlt.

deel 2 pen-gat verbinding :3 Toelaathare hoekfout: bepaling van ondergrens i. v. m de adode hoek·

Sij grote diameters hestaat het risic() van de dode hoek (tie figullr

21) .

hguur 21

9₁ is de hoek waarhij risico op vastlopen (lntstaat. Bij de hoek 9₂ is de pen (of schijf) zuver doorgedraaid dat terugdraaien zonder

beschadigingen niet meer mogelijk is. Sij grotere diameters en kleinere productboogte (waarvan in deze (lpdracht sprake is) is deze hoek

redelijk klein.

figUUI 22

Er zijn twee situaties met tweepuntscontact (waar

CC)S~fi12+d2

=

D)

1e waarde (1\l1): hepnlend voor vastlopen, herstelbaar door terugdraaien. 2e waarde (~2): alleen maar herstelbaar door vervorming van producten. Een product met een grotere hoekfout dan deze ~2 kan dus weI ingevoegd worden, mal'l.r is niet meer correct te plaatsen.

-dee I 2 pen-gat verbinding Samenvattend kan gezegd worden dat bij een g.wtere diameter/lengte verftnuding grotere eisen gesteld worden aan de pen-gat verbinding. Dit geldt vc)()ral ais de vorm- en plaatstoleranties klein blijven.

Bijkomende nadelen van grote producten zijn:

- Meestal gering ere sterkte (dU5 kleinere belastbaarheid bij een- en tweepuntscuntact)

- Star vastgrijpen wurdt moeilijker (1. v .m. de sterkte van het product

dee 1 2 pen-gat verbinding

HOOT:'DSTUK 2,5: LITERATUURONDERZOEK

Aan de hand van een be'k.nopt literatuuronderzoek is gepoogd een beeld te krijgen van de beschikbare kennis op het gebied van de automatische pen-gat-montage.

De grote diameter/lengte verhouding stelt speciale eisen aan de

montagehandeling. Daarom is in de literatuur speciaal gezocht naar meer intelligente apparatuur.

Congres- en symposiaver:;lagen op bet gebied van indus(;riele

automatisering hebben zeer va«); de noraale pen-gat verbinding a15

onderwerp. Hierbij is vaak sprake van een eenvolldige passieve compliant a15 mont.agegereedschap.

Doordat tot vour kort de nodige hulpmiddelen noy niet beschikbaar waren is weinig informaUe te vinden over complexere apparatuuI. Op dit

gelded wordt ver gevorderd onderzoek gedaan door de Katholieke Univeruiteit Leuven.

Tijdens de ge ISIR (international l.Symposium on industrial robots, zie lit. 1) wordt een lezing gegeven over de Active Adaptable Compliance Wrist (MCW). In deze AACW wordt gebruik gemaakt van een force-feedback systeem, gekoppeld aan een instelbaar massa-veersysteem (in de vorm van een servo gestuurde DC-moter).

Een zuivere actieve compliant, dwz. directe terugkoppeling van de yemeten kncht.vector aan het besturingssysteem van de Ilanipullltor, geeft grote problemen, De krachtvector is namelijk zeer moeilijk te interpreteren en on-line berekeningen van de besturingssignalen zijn niet voldoende snel beschikbaar.

Daarom is erv(lur gekozen het meetsignaal per as direct via diverfie rekenalgorithmes terug te koppelen naar een sevomoter voor diezelfde as. (Zie fig. 23)

De overdrachtsfunctie van de ~ervo (de parameters van het

massaveersysteem) zijn tijdens de montagehandeling servo.atig in te stellen,

Door nu de handeling in karakteristieke bewegingen up te delen en hierv()or algorl.t;hmes op te stellen is een rekenprogramma voor de

-deel 2 pen-gat verbinding pos itioneerheweging op te :;tellen. 8i j va:,t!open van de pen geeft: de krachtvectnr echter niet voldoende informatie v()or het bepalen van de

juiste correctiehandeling. Via tral & error wordt dan een oplossinq gezocht. Het rekenprogramma krijgt daardoor een sterk stochastisch karakter. a. b. Robot Control COITtpUter Robot Control Computer Move . Force comm ManIpUlator ensor

cnf [51'"---""---1 Force feedback Move &.&... • comm- IYlUntpulafor and{S}L---... Move command (5) Process Pre

,.

11 Contro.

a. Active accommodation by force feedback. b. Force feedback loop closure through act~

adaptable compliance wrist (AACW)

fiyuur 23

Ontwikkelinyen zijn gaande om aan het systeem kunstmatige intelligentie toe te kennen, zodat bepaalde situaties herkend kunnen worden. Per ver5toring in de positioneerbeweying (vnst:lopen) kan dan de specifieke oplossing gezocht worden.

Tijdens het 11 e ISIR (1981, lit 2) wordt van de AACW een verbeterde versie gepresenteerd. De voornaarnste verbetering bestaat uit een ontwikkeld diyi laol servobesturings!Jysteem. Hiermee is de AACW (10k in te bouwen in de hoofda:.:;sen van de robot (A.A.CR).

2.18-deel 2 pen-gat verbinding De servobesturinq bestaat uit een PID-regelaar die direct de

grijperassen aan kan sturen (AACW), of de informalie direct door kan qeven aan het besturinqssysteem van de robot (MCR).

Het ingang5sjgnnal van de servoregelinq komt van een speciaal

ontwikkelde 60 diqitale krac::htsensor (met interne ADc::onvertor en RAM geheugen) .

Voor de regeling is nu wel een grote computer vereist, die de zes assen qelijktijdiq kan controleren en sturen. De toepassing van het systeem a15 AACR wordt beperkt door de vorm van de robot (dit is bepalend v(lor de hoeveelheid rekenwerk) en de naukeuriqheid van de robot.

Een andere benadering van het probleem wordt gegeven in literat-.uur 4. Hier wordt de compliantie niet in de grijper geplaatst, maar in de werktafel.

Er wordt onderscheid gemaakt tussen massafabricage en kleine serie-fabricage. Bij de eerste is meestal sprake van transfer-straten, bij de tweede worden de onderdelen toegevoegd aan een product in een

assemblagecentrum.

aij zu'n centrale montage kan het product opgcspannen zijn op een

werktafel. Als nu de benodiqde compliantie inqebouwd wordt in de tafel, geeft dit de volgende voordelen:

- er zijn geen extra grote massa's aan een robot (compliantie-mechanisme), welke bij hoge belastingen problemen kunnen geven

- compliantie ingebouwd in de werktafel leidt ainder snel tot trillingen omdat de tafel veel minder snel beweegt.

Een nadeel kan zijn dnt bij veel verschillende onderdelen (met andere -compliantiemiddelpunten-) niet volstaan kan worden mel; een eenmalig ingestelde compliantie. Dit zou op te lossen zijn door de compliantie software-matig aan te sturen (als bij de AACW), maar hie rover wordt in

literatuur 4 niet gesproken.

-deel 2 pen-gal verbinding In de literatuur wordt gesproken over vele uitvoeringsvormen van

passieve en acbeve complianten. De text is dan altijd toegespitst op algemene pen/gat verbindingen (L>D). De in hoofdstuk 2.4 gevonden beperkingen die yelden als D»L kunnen vooral bij de actieve complianten ingebouwd worden. Voolwaarde is dan weI, dat de

onderdeelpariny yued yekarakteriseerd wordt. Toepassen van passieve complianten levert vooral bij gecombineerde montage van onderdelen met L

>

D en D

>

L problemen up bij de instelbaarheid.

deel 2 pen-gat verbinding EINDCONCT.USIE

Het probleem van de pen/yat verbindingen is een combinatie van

krachten, speUngen en productafmetingen. Hierd()or wordt de mate van compliantie bepaa1d die nodiy is om de montayehandeliny te volbrenyen. In eerste insantie zal steeds geprobeerd worden de

positioneer-nauwkeuriyheden af te stemmen op de producteiyenschappen. Worden de montageeisen hoger, dan wordt de manipulator in %oln geval duurder, t.otdat de mogelijkheden van de apparatuur uitgeput raken. Technisch en economisch gezien is bet t;oepassen van compliantie in de apparatuur dan a1 snel rendabel.

In het eerst.e deel van de (Jpdracht: bleek a1 het nut van compliantie: positioneerfouten van de robot: leidden hierdoor niet direct tot fa len van de schroef/bout bevestiging.

Pen/gat verbindingen met grote diameters hebben specifieke problemen. Oe dimensies van het product kunnen ertoe leiden dat een schijf vast1oopt, waar een pen weI ingevoegd had kunnen wI)rden. DH stelt eisen aan de positioneernauwkeurigheid van de manipulator.

Zijn deze eisen niet haalbaar, dan kan een actieve compliant afgesteid worden up de dimensies en de krachten.

Dit mag dan niet leiden tot extra grote karachten, amdat de produc1:en door de groi:e afmetinyen veela1 ook kwetsbaar zijn

De modelvorming van de pen/gat verbinding voor grote diameters (hoofdstuk 2.4) yeeft enkele eisen die gesteld worden aan de

montagehand.eling. Op grond hiervan lijkt het niet nc)dig dehandeling als een speciale prc1cedure te kenmerken, waarvoor specifieke yrijpers en manipulatoren ontworpen kunnen worden. (Alleen de invl)egbeweging lanys een zoekrand geeft essent-ieel andere problemen, bij de anderen zijn alleen de eisen hoger.)

-deel 2 pen-gat verbinding

Sf,OT

Centraal in de~e opdracht stonden de mogelijkheden van industriele robots en de problemen bij pen/gat; verbindingen. De koppeling van deze twee underwerpen bestaat materieel gezien uit een mechanisme dat

compliantie bevat.

Aan de andere kant leidt de7.e koppe1ing tot het besef dat industriele r.obots erg veel beperkingen hebben. Zelfs een speciale assemblagerobot als de IRB1000 is niet direct inzet.baar voor algemene

montagewerkzaamheden, maar moet eerst voorzien wor.den van de nodlge randapparatuur.

Door de tweede1ing van de opdracht is het niet moge1ijk gebleken om diep op een onderwerp in te gaan. De gereserveerde tijd voor de opdracht was hiervoor niet voldoende. Desondanks is er toch vee1 ervaring opgedaan, vooral op het gebi.ed van robotprogrammering en montageto1eranties.

De ervaring met het werken met; robots heeft de indruk weggenomen dat robots interessante hapklare oplossingen zijn vo!)r vee! mechanisatie-problemen. De werkelijkheid is dat een robot een redelijk a1 ternat.ief kan vormen, waarbij geen ontwikkelingskosten qerekend hoeven te worden. WeI moet de nodiqe moeite gedaan worden om de basisapparatuur geschikt te maken voor de spedfieke toepa:;sing. Dit laatste kan in extreme gevallen onverwacht veel tegenslag geven.

Tenslotte wil ik qraaq iedereen bedanken die ertoe bijgedragen heeft dat der.e opdracht tenslotte toch nog tot. een einde is gekomenen en wel met na.me:

HH. A. Smals, directe begeleider

H. van Rooy, f'. Soe!'s en J. van tartwijk voor de assistentie bij deel 1 van de opdracht.

deel 2 pen-gat verbinding tITERATUURI.tJST

1 The adaptable compliance concept and its use for automatic assembly by active force feedback accomodations.

H. van Srussel, J. Simons (katholieke universiteit Leuven) 9t;h. Int;ernational Symposion on Industrial Robots 1979

2 Further developments of the active adaptive compliance wrist (AACW) for robot assembly.

H. van Srussel, H. Thielemans, J. Simons (K.U.Leuven) 11th. ISIR. 1981

3 Force feedback in precise assembly tasks

H. Inoue (Massachusetts insHtute of technl)logie, artificial intelligence laboratory)

memo 108, august 1974.

4 The partmating forces that arise when using a worktable with compliance.

T. Arai t N. Kinoshita (University of Tokyo Japan).

August 1981 Assembly engineering.

5 Discrete parts assembly automation, an overview. D.E. Whitney

Transactions of the ASMF.:, vol 101 maart 1979. 6 Exploring new assembly concepts

James t. Nevins, Daniel E. Whitney. (Charles stark draper lab.) American Machinist, maart 1918.

7 De universele rob(Jthand

1₂-verslag P.W.J. Leenders WPB rapporl; 0014

-8 Designing for automated. assembly Tony OWens

Engineering, June 1983

dt!Ed 2 pen-gat verbinding

9 Handhabungseinrichtungen (grundlagen, ubersicht, beispiele)

H. E. l.'rtlnk

10 Het ontwerpen van een compliant vour de pen-gat aontage 11 opdracht H. de VeLter.

Januari 1983.

11 Ontwerpen met het (log op economische fabricage. G.F.. Boothroyd e.a.,

Bl.TLAGEN

Bijlage I: Kabelarm Bijlage Il: I/O poort

Bi.jlage III: Hulpmiddel Tep bepaling (referentiepunt) Bijlage IV: Modale analyse

bijlage

r

aI.1r.AGE I: KABELARM

Om bet risico, dat mensen door Clver losliggende kabels te struikelen, apparatuur z()uden beschadigen, te beperken, is voor de II81000 een kahelarm gemaakt.

Het oorspronkelijke ontwerp zag als v()lgt uit:

knevelscbroef I.A M12x90 bus, inw 14, uitw 20 bus, inw 21, uitw 28 loopwiel INA STO 10 profiel 10x20x10x2 strip 20x110x5 kabelwiel, kabeldiam. 8 mm besturingskast \

\

Berekeninq prafiel: M = F*1 + q*12 /2 1100 I· 1

=

1.1 m, q

=

0.57 N/m, F = 5 N dUB: M

=

5850 Nmm u = M/Wb, Wb = 90 mm3, 0 = 64.9 N/mm2, OK.

bijlage I

Na overleg met dhr. van Tartwijk is besloten een eenvoudiqer uitvoering te maken. Deze ziet er als voIgt uit:

profiel 30x30x2 - - - ,

bout M12 viltrinqetje

besturinyskast. .. ....

----~---~-De Kabel werd met kabelklemmen aan het proUel vastgebonden.

Een nadeel van deze uitvoering is dat de arm steeds weqqeklapt moest; worden na yebruik. Dit om te voorkomen dat mensen met hun hoofd achter een loshangende kabel zl'uden blijven hanqen. Verder was het risico aanwe?ig dat de Kabel beklemd zou komen tussen de besturingskast en de arm. Dit zou op den duur een beschadiqing van de kabel tot qevolq kunnen hebben.