Do Projektu iAutomatyka dołączyli:

https://iautomatyka.pl/wp-content/uploads/2018/10/kroki.jpg

ROBOT KROKI – Montaż piątej osi robota cz.5

autor: Rafał.

Artykuł z serii: "KROKI" - Robot przemysłowy, zbudowany na biurku


W poprzednim wpisie, podzieliłem się z wami moimi przygodami związanymi w wykorzystaniem nylonu w druku 3D. Jest to materiał bardzo wytrzymały i dający ogromne możliwości jeśli chodzi o późniejsze wykorzystanie gotowych wydruków, jednak jego problematyczna natura wyjątkowo bardzo uprzykrzała mi życie. Ostatecznie wszystkie zaprojektowane modele udało się wydrukować, a dzisiaj chciałbym zaprosić was, do zobaczenia montażu wydrukowanych wcześniej elementów.

Przygotowanie elementów

Pierwszą ważną czynnością jest przygotowanie wydrukowanych elementów. Rzadko kiedy wydruki pozbawione są skaz. Nawet jeśli dany wydruk nie posiada żadnych skaz, to zawsze pozostają technologiczne naddatki materiału, które przed montażem trzeba usunąć.

Większość wydruków drukuję z tak zwanym „brimem”. Brim jest to kilka/kilkanaście ścieżek filamentu otaczających nasz model, które pomagają w odpowiednim  przytwierdzeniu drukowanego elementu do stołu. Zapobiegają one podwijaniu się narożników oraz odklejaniu się modeli o stosunkowo małej powierzchni styku ze stołem. Brim zwiększa tę powierzchnię i powoduje, że wydruk znacznie mocniej przywiera do stołu.

W większości przypadków jest on łatwy w oderwaniu od wydruku, gdyż jest to jedna warstwa filamentu. Problemy zaczynają się w momencie, gdy brim otacza obiekt o skomplikowanym kształcie. Wtedy całkowite oderwanie go od wydruku nie jest już takie proste i nie raz musimy się posiłkować ostrym narzędziem.

Kolejne elementy na które musimy zwrócić uwagę, to części, które w pewnych miejscach musiały być drukowane „w powietrzu”. Mimo projektowania części specjalnie pod druk 3D, kilka elementów i tak musiały być zaprojektowane w sposób nie do końca przyjazny drukarkom 3D. Są to elementy, które mają na przykład wpusty pod nakrętki i śruby po obydwu stronach. Jakbyśmy nie obracali taki wydruk, to zawsze jakaś jego część będzie drukowana w powietrzu. A drukowanie w powietrzu zawsze niesie za sobą pewne konsekwencje. Materiał nie mając pod sobą żadnej podpory zaczyna opadać i w ten sposób powstają odstające od wydruku nitki filamentu, który później należy usunąć.

Tak jak i w przypadku brimów nie jest to wielki problem, gdyż pojedyncze nitki filamentu można usunąć nawet pęsetą. Jest to jednak konieczny zabieg, by łby śrub i nakrętki odpowiednio wchodziły w swoje miejsca.

Montaż

Części wydrukowane i przygotowane do ostatecznego montażu. W takim razie do dzieła!

Jako podstawę mamy korpus z przykręconym już silnikiem. Na samym początku, możemy nałożyć na oś silnika najmniejsze wydrukowane koło zębate. Koło to zostało tak wydrukowane, by montowane ono było na wcisk. Silnik, który posiadam ma ząbki na swojej osi, które wbijają się w ściśle dopasowany element i nie pozwala mu się obrócić. W fazie projektu przewidziałem również otwory pod wkręcane broki. Jednak już pierwsze testy wykazały, że sam montaż na wcisk jest wystarczającym połączeniem.

W tym momencie musimy przygotować także podstawę przekładni planetarnej. Przygotowujemy zatem wydrukowaną podstawę, trzy koła zębate, oraz podkładki dystansowe i śruby pasowne. Śruby te wykorzystamy jako osie naszych kół zębatych. Montowane są one na wcisk od dołu korpusu.

Na śruby nakładamy po jednej podkładce, a następnie koła zębate. Na koniec nakładamy drugie podkładki dystansujące i skręcamy całość nakrętką samokontrującą.

Tak przygotowaną podstawę możemy skręcić razem z korpusem za pomocą czterech śrub M6. W tym momencie również nakładam na koła zębate odrobinę smaru silikonowego, gdyż w późniejszych etapach może to być już niewykonalne. Mając przekładnię na wierzchu. Sprawdzam również pasowanie kół i luzy na osiach wykonanych ze śrub pasownych. Pomysł okazał się strzałem w dziesiątkę, gdyż na chwilę obecną przekładnia nie posiada najmniejszych luzów! Mam nadzieję, że właściwości nylonu spowodują, że taki poziom pasowania utrzyma się przez bardzo długi okres użytkowania.

Kolejny etap prac, to montaż głównej części przeniesienia napędu. Część ta składa się przede wszystkim z największego koła zębatego o uzębieniu wewnętrznym, złącza obrotowego oraz trzech dystansów. Prace na tym etapie zaczynamy od wprasowania w przygotowane wpusty nakrętek samokontrujących.

Przed przystąpieniem do prac projektowych wykonałem kilka mniejszych modeli testowych, dzięki którym mogłem dobrać odpowiednie wymiary wpustów pod dany rozmiar nakrętki. Wydrukowane elementy robota posiadają tak dopasowane wpusty, że wciśnięcia nakrętki możemy dokonać dłońmi, jednak samoczynne wypadnięcie nakrętki nie jest już możliwe. Nawet ręcznie ciężko jest wyciągnąć wciśniętą nakrętkę i jeśli zachodzi taka potrzeba.

Mając już przygotowane elementy możemy przystąpić do ich skręcania. Na pierwszy rzut idzie nasze złącze obrotowe na które nakładamy jeden z dystansów. Ma on dwa główne zadania. Po pierwsze stanowi podstawę pod złącze obrotowe, a po drugie stanowi punkt podparcia łożyska kulkowego, które będzie łożyskować tę oś. Zaraz za tym pierwszym dystansem zakładamy również drugi. Ten jednak będzie stanowił główny element nośny osi, gdyż właśnie na niego zaraz wciśniemy łożysko.

Mając te dwa spasowane dystanse, po drugiej stronie złącza obrotowego wciskamy koło zębate i skręcamy wszystko razem trzema śrubami. W ten oto sposób uzyskaliśmy drugą część przekładni, którą możemy już połączyć z naszą podstawą.

Montując ją do podstawy należy jednak pamiętać o odpowiednim poprowadzeniu przewodów ze złącza obrotowego. Do tego celu wykorzystamy tulejkę, która zaplanowana została już na etapie projektu. Dzięki niej przewody ze złącza obrotowego nie będą się ocierać o elementy wirujące i trafią bezpośrednio do komory silnika krokowego. Przeciągamy więc przewody przez wyżej wspomnianą tulejkę i wciskamy duże koło zębate na pozostałe. Wyciągamy przewody wystające od strony silnika i ciągle napinamy je, aż do momentu, gdy koło zębate będzie już na swoim miejscu. Taki sposób montażu pozwoli uniknąć sytuacji w której przewody ze złącza obrotowego zawiną się wokół któregoś z kół zębatych.

Kolejny etap, to zamknięcie komory przekładni. Wykorzystamy do tego celu dwa elementy, z których jeden będzie gniazdem na wcześniej wspomniane łożysko. Nakładamy jednak najpierw element, na którym nasze łożysko będzie się jedynie wspierać. Później na dystans przykręcony do koła zębatego wciskamy łożysko i dopiero wtedy zakładamy główne siedzisko łożyska. Śruby M5x70 przechodzą przez wszystkie, stałe elementy przekładni i łączą je ze sobą. W tym momencie zakończyliśmy montaż elementów stałych tej osi. Kolejne elementy, przykręcone do dystansu znajdującego się wewnątrz łożyska, będą wprawiane w ruch poprzez silnik i przekładnię planetarną o przełożeniu 1:5.

Kolejny element jest tak jak mówiłem ruchomy. Mocujemy do niego serwomechanizm modelarski za pomocą czterech, małych wkrętów, a następnie wkręcamy czujnik do zerowania naszej osi. Za pomocą trzech śrub przykręcamy ją do ruchomej części naszej osi, a wystające przewody łączymy z serwomechanizmem i czujnikiem.

Po połączeniu przewodów zakładamy ostatnią, tak dużą, część tej osi, czyli osłonę czujnika i serwomechanizmu. Zakrywa ona również przewody i śruby mocujące pierwszy obrotowy element.


Chwytak

Przykręcając ostatnią osłonę, zakończyliśmy pracę nad samą osią, ale tym samym rozpoczęliśmy prace nad montażem chwytaka. Osłona ta posiada bowiem również elementy mocujące prowadnicę szczęk.

Jednak zanim przykręcimy samą prowadnicę, musimy wykonać układ zamieniający ruch obrotowy serwomechanizmu na ruch posuwisto-zwrotny. Drukujemy zatem dwa łączniki, łączące orczyk serwomechanizmu ze szczękami przykręconymi do wózków liniowych. Przygotowujemy również orczyk dostarczony do serwomechanizmu oraz kilka śrubek i nakrętek samokontrujących.

Zaprojektowana przeze mnie szczęka nie posiada w sobie powierzchni, która byłaby przeznaczona do chwytania przedmiotów. Ze względu na już wystarczająco skomplikowany kształt szczęki, chwytak został zaprojektowany tak, by jego okładziny można było wymieniać. Dzięki temu dostaniemy możliwość wykorzystywania okładzin z różnych materiałów oraz różnych kształtów. W zależności od przedmiotów, które będziemy chcieli przenosić będziemy mogli szybko zaopatrzyć naszego robota w odpowiednie okładziny.

Wracajmy jednak na razie do montażu naszego chwytaka. Elementy drukowane mamy już gotowe. Musimy jednak przygotować orczyk, który zostanie przykręcony bezpośrednio do serwomechanizmu. Orczyki dostarczane są razem z serwomechanizmem lecz w naszym przypadku, dostarczony orczyk ma o wiele za małe otwory. Rozwiercamy więc drugie od końca otwory i przykręcamy dzięki nim wcześniej wydrukowane łączniki.

Następnie przykręcamy do łączników nasze szczęki i otrzymujemy gotowy układ przeniesienia napędu. Wszystkie śrubki przykręcamy tak, by cały układ mógł swobodnie się poruszać. Nakrętki samokontrujące spowodują, że nawet lekko luźne mocowanie nie będzie podatne na samoistne, dalsze luzowanie nakrętek.

Gotowy układ musimy teraz przykręcić do serwomechanizmu. Ustawiamy serwomechanizm w mniej więcej środkowej pozycji i zakładamy orczyk na jego ośkę. Przykręcany jest on zaledwie jedną śrubką, lecz ząbki na powierzchni ośki powodują, że orczyk nie jest w stanie okręcić się wokół niej.

Mając przykręcony mechanizm, możemy zabrać się za przykręcanie prowadnicy liniowej. Na tym etapie montażu nie będzie nam już ona przeszkadzać. Prowadnicę przykręcamy za pomocy dwóch śrubek i nakrętek włożonych w przygotowane wpusty. Na przykręconą prowadnicę zakładamy teraz dwa wózki liniowe i przechodzimy do dalszego etapu.

W tym momencie możemy, a nawet powinniśmy, przykręcić już nasze szczęki do wózków liniowych. Osiem śrubek M3x6 i nasz chwytak jest już gotowy do działania. Możemy już podać napięcie na serwomechanizm oraz wysterować go sygnałem PWM 😉

Tak, właśnie udało nam się zakończyć prace nad chwytakiem naszego robota. Do pełni szczęścia brakuje nam jeszcze wcześniej wspomnianych okładzin, jednak na chwilę obecną nie są nam one potrzebne, a że kolejka drukowania modeli do robota jest bardzo długo, to w pierwszej kolejności drukuję inne, bardziej potrzebne elementy.

Testy

Pewnie większość z was zastanawia się ile warta jest przekładnia wydrukowana na drukarce 3D. Powiem szczerze, że początkowo byłem zszokowany pasowaniem poszczególnych kół zębatych. Jest to jednak mało istotne spostrzeżenie, gdyż pasowanie wynika jedynie z odpowiedniego projektu i kalibracji drukarki. Właściwy test, to tak na prawdę praca tej przekładni i jej kultura pracy. Jednak, czy to wystarczający wyznacznik, czy dana przekładnia jest dobra? Oczywiście, że nie. Konkretne uwagi będę mógł przedstawić dopiero po kilkudziesięciu przepracowanych godzinach. Uwidocznią się wtedy wszystkie wady tej konstrukcji oraz okaże się, czy przekładnia ta faktycznie ma prawo okazać się bezluzowa. Mam bowiem pewne obawy, bo jednak tworzywo, to tworzywo. Ciężko oczekiwać, że przekładnia z tworzywa dorówna tej ze stali.

Dzisiejsze testy jednak wykazały, że na chwilę obecną przekładania sprawuje się znakomicie. Wyjątkowo dobrze sprawuje się także chwytak. Wykorzystanie wózków liniowych powoduje, że chwytak jest bardzo stabilny. Mocny serwomechanizm nie sprawia problemów podczas chwytania różnych przedmiotów. Wykorzystanie serwomechanizmu ma też jedną zasadniczą zaletę w porównaniu do wykorzystania zwykłego siłownika – w przypadku serwomechanizmu jesteśmy w stanie dowolnie ustawić położenie szczęk. Nie dysponujemy tylko dwiema pozycjami na zamknięcie i otwarcie, lecz możemy ustawić je w dowolnym położeniu. Pomoże to w przypadku obiektów, które normalnym chwytakiem moglibyśmy zmiażdżyć.

Krótki filmik z testów naszej pierwszej, gotowej osi możecie zobaczyć poniżej. Trwa on zaledwie kilkanaście sekund, ale cóż można pokazać mając do dyspozycji jedynie jedną oś i prosty chwytak? 😉

Tym krótkim filmem chciałbym zakończyć ten równie krótki wpis 😉 Wiecie już jak wygląda montaż poszczególnych części powstającego robota. Możemy zatem przejść trochę dalej i w między czasie, gdy kolejne elementy się drukują, zająć się innymi ważnymi kwestiami. O ile nie napotkam żadnych komplikacji, to już w następnej części omówimy sobie część elektroniczną powstającej konstrukcji. Pokażę etapy projektowania układu elektronicznego oraz opiszę jego ogólną zasadę działania. Liczę na to, że kolejne części zdobędą wielu czytelników 😉

Podziękowania

Projekt robota wydrukowanego w 3D „KROKI” koordynowany jest przez Zespół iAutomatyka.pl. W wyniku współpracy z firmami z branży udało się pozyskać wiele materiałów i urządzeń niezbędnych do ukończenia projektu. Szczególne podziękowania kierujemy do następujących firm:

 Firma Rittal dostarczyła do projektu robota „KROKI” wysokiej jakości obudowę szafy elektrycznej oraz niezbędne komponenty montażowe.

https://www.rittal.com/

 

Firma WAGO dostarczyła komponenty łączeniowe, złączki, zabezpieczenia i akcesoria montażowe.

http://www.wago.pl/

 

Dzięki uprzejmości Centrum Szkoleniowego EMT-SYSTEMS Rafał Lelito miał możliwość odbycia szkolenia z Programowania Robotów Kuka. Zobacz relację z tego wydarzenia.

http://emt-systems.pl/

 Firma IGE+XAO GROUP zapewniła pełne oprogramowanie See Electrical do projektowania schematów elektrycznych.

Pobierz za darmo: http://www.ige-xao.com/

 Firma NOCTUO dostarczyła część filamentów jako materiał do druku 3D części robota „KROKI”.

http://www.noctuo.pl/

 

 Firma EATON dostarczyła dotykowy panel HMI serii XV-300

https://www.moeller.pl/

Rafał Lelito


Więcej z serii: "KROKI" - Robot przemysłowy, zbudowany na biurku


Utworzono: / Kategoria: , , , , , ,

Reklama

Newsletter

Zapisz się i jako pierwszy otrzymuj nowości!



PRZECZYTAJ RÓWNIEŻ



NAJNOWSZE PUBLIKACJE OD UŻYTKOWNIKÓW I FIRM

Reklama



POLECANE FIRMY I PRODUKTY
  • Kurs zaczyna się od uniwersalnych porad związanych z czytaniem schematów elektrycznych. Następnie, Agata stopniowo wprowadzi Cię w zagadnienia związane z wykorzystaniem oprogramowania podczas tworzenia kompletnej dokumentacji elektrycznej. ...
    Link: Terminy
  • Zapraszam Cię na kurs tworzenia wizualizacji HMI z wykorzystaniem panelu XV102 od firmy EATON. Kurs stworzyłem z myślą o każdym, kto chce zacząć przygodę z tworzeniem wizualizacji HMI przy użyciu programu Galileo. Stworzyłem kurs bazujący n...
  • Systemy RFID są ekonomiczne, uniwersalne i zapewniają niezawodność procesów, np. w intralogistyce. Zadania związane z identyfikacją stały się teraz łatwiejsze, szczególnie gdy potrzebna jest duża liczba punktów identyfikacji, dzięki  głowic...
  • Wyświetlacz słupkowy ITP15 jest kompaktowym wskaźnikiem procesowym, który wizualizuje analogowy sygnał wejściowy w zakresie od 0 do 100% z 10 słupkami po 10%. Sygnałem wejściowym może być liniowy sygnał napięciowy 0 (2) -10 V lub sygnał prą...
  • 1,000 PLN
    Zdobądź wiedzę i bądź pewny, że nic Cię nie zaskoczy. Nie musisz przekopywać się przez tony katalogów i instrukcji. Oferujemy Ci kompleksowy system szkoleń, który sprawi, że najpierw zbudujesz fundamenty swojej wiedzy, a później pod okiem n...
    Czas trwania: 7h - 14 h
    Link: Terminy
  • Sterowniki kompaktowe, modułowe i zintegrowane, CODESYS V3 (programowanie, wizualizacja, komunikacja), Krótkie cykle czasowe, EtherCAT, BACnet (opcjonalnie), Modbus, CANopen, Porty szeregowe: RS232, RS485, 2 konfigurowalne karty Ethernet, W...