Gelenkarm
Ausführende
Peter, Markus Groß; Paul Reiter; Stefan Miedler
Betreuung
Dipl.-Ing. Andreas Schubert, Dipl.-Ing. Gerhard Jüngling, Dipl.-Ing. Roland Glas
Aufgabenstellung
Im Rahmen dieser Diplomarbeit soll ein Gelenkarm geplant, gebaut und getestet werden. Dieser Roboter, bestehend aus Ober- und Unterarm, soll am unteren Ende einen schwenkbaren Greifer besitzen und an der anderen Seite soll er auf einer Rahmenkonstruktion montiert werden. Der Greifer muss in der Lage sein, die im Automatisierungslabor vorhandenen Werkstücke zu fassen und anzuheben. Weiters ist an jedem Gelenk ein Getriebemotor befestigt, um eine hohe Dynamik zu gewährleisten. Ziel ist es, dass
- die Einzelsteuerung der zwei Arme möglich ist,
- die Bewegung der zwei Arme gleichzeitig möglich ist und
- die zwei Arme so verfahren, dass der Greifer eine vertikale und geradlinige Bewegung durchführt.
Weiters sind die Geschwindigkeitsverläufe aller Gelenkspunkte zu berechnen, da diese Werte für die Software wichtig sind, um mit dem Greifer geradlinig verfahren zu können. Dieser Roboterarm wird von der Schule finanziert, da er im Automatisierungslabor als Programmierübungsplatz für spätere Schüler eingesetzt werden soll.
Als Erweiterung zu den bestehenden Punkten kann der Gelenkarm, mit einem Linearmodul zu einem 2D Portalroboter ausgebaut werden. Der Arm wird dann an dem Modul befestigt und kann somit auch waagrecht verfahren.
Der Gelenkarm soll aber nicht auf einen 3D Flächenportalroboter erweitert werden, da das den Zeitrahmen, der für diese Diplomarbeit vorgesehen ist, leicht überschreiten würde. Weiters wäre die Steuerung und Sensorik dieser Arbeit viel zu komplex und aufwendig. Ein weiterer Punkt, welcher nicht verwirklicht werden soll, ist die automatische Erkennung wenn ein Werkstück am Förderband, welches sich unter dem Gelenkarm befindet, liegt. Die Priorität soll nämlich in der Steuerung und Positionierung des Gelenkarms liegen. Die Erkennung des Werkstücks ist hier nebensächlich.
Details zur Realisierung
Der Arm ist auf einem Rahmen montiert und an jedem Gelenk des Armes sitzt ein Motor mit Getriebe. Es soll eine geradlinige, vertikale Bewegung des Punktes P1 ermöglicht werden und eine Einzelsteuerung der Motoren soll ebenfalls möglich sein.
Die Motoren benötigen eine Bremse oder ein Schneckengetriebe, damit eine angefahrene Position gehalten werden kann. Motor 3 dient nur zur Senkrechtstellung des Greifers und benötigt somit keine Bremse. Gegebenenfalls kann auch ein selbsthemmendes Getriebe mit hoher Untersetzung verwendet werden.
Grundsätzlich sollten die zwei Arme des Gelenkarms gleichschenkelig sein, um die geradlinige Bewegung zu gewährleisten.
Der Arm ist in einer Position angebracht, dass er bei ausgefahrener Position von einem Förderband oder Aufnahmestation ein Werkstück aufheben und wieder ablegen kann.
Die Motoren sind mit Drehgebern bzw. Encodern ausgestattet um die aktuelle Position für die Steuerung auszugeben. Die Ansteuerung der Aktoren erfolgt mittels einer Software-SPS, welche mithilfe eines Bussystems mit den Busklemmen kommuniziert.
Realisiert wird diese Steuerung mit einem System der Firma Beckhoff.
Die SPS wird von dem Programm TwinCAT simuliert und über Ethernet echtzeitfähig an einen Buskoppler übertragen. Dieser ist mit diversen Klemmen verbunden. Es sind für die Aktoren eigene Motorklemmen, für Sensoren I/O- Klemmen und eine Endklemme vorhanden.
Die Motorklemmen sind in der Lage, ein PWM Signal auszugeben und gleichzeitig das Signal eines Encoders zu erfassen. Wie schon erwähnt, dient der Encoder zur Positionsbestimmung und ist ein unverzichtbares Element des Gelenkarms, da ein geschlossener Regelkreis ein wichtiger Bestandteil der gesamten Dynamik des Armes ist.
HTL Wien 3 Rennweg, Mai 2007
