Greiferkonzipierung für die Handhabung von Gasdruckfedern · Der Verfasser dieser Dokumentation...

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Greiferkonzipierung für die Handhabung von Gasdruckfedern Projektbericht Verfasser: Moritz Böker Matr. Nr.: ?????? Abgabedatum: 18.12.2017 Wintersemester 2017/ 2018 Hochschule Heilbronn Studiengang: Robotik und Automation Vorlesung: Ausgewählte Kapitel der Robotik Betreuer Hochschule: Prof. Dipl.-Ing. ??????? ????

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Greiferkonzipierung für die Handhabung

von Gasdruckfedern

Projektbericht

Verfasser: Moritz Böker

Matr. Nr.: ??????

Abgabedatum: 18.12.2017

Wintersemester 2017/ 2018

Hochschule Heilbronn

Studiengang: Robotik und Automation

Vorlesung: Ausgewählte Kapitel der Robotik

Betreuer Hochschule: Prof. Dipl.-Ing. ??????? ????

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Greiferkonzipierung - Inhaltsverzeichnis

I

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis ..................................................................................................... I

Abbildungsverzeichnis ........................................................................................... III

Tabellenverzeichnis................................................................................................. III

1 Einleitung ........................................................................................................... 1

2 Anforderungen auflisten ................................................................................... 2

2.1 Eigenschaften Werkstück .......................................................................... 2

2.1.1 Masse und Massenverteilung ......................................................... 2

2.1.2 Massenschwerpunkt ....................................................................... 2

2.1.3 Trägheitstensor............................................................................... 2

2.2 Nutzbare Greifflächen ................................................................................ 3

2.2.1 Geometrie (Maße mit Toleranzen) .................................................. 4

2.2.2 Oberfläche ...................................................................................... 4

2.3 Aufnahme- und Ablagesituation ................................................................. 4

2.4 Bewegungsbeschreibung Normalbetrieb und Nothalt ................................ 5

2.5 Prozesskräfte ............................................................................................. 6

2.6 Umgebungsbedingungen der Handhabung ............................................... 6

2.7 Sicherheitsaspekte .................................................................................... 7

3 Konzeption ......................................................................................................... 8

3.1 Greifposen aufstellen und bewerten .......................................................... 8

3.2 Auswahl Greifprinzip und Greifer ............................................................... 8

3.3 Entwurf der Greiferfinger ........................................................................... 9

4 Berechnungen ................................................................................................. 10

4.1 Trägheitskräfte und -momente ................................................................. 10

4.2 Überlagerung von Trägheits- und ggf. Prozesskräften ............................ 12

4.3 Erforderliche Haltekräfte mit und ohne Berücksichtigung von Sicherheitsfaktoren ............................................................................................ 12

5 Auswahl Greifer ............................................................................................... 14

5.1 Recherche Greifer ................................................................................... 14

5.2 Auswahl Hersteller, Greifertyp und Ausführung ....................................... 14

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Greiferkonzipierung - Inhaltsverzeichnis

II

6 Detailierung Greiferfinger ............................................................................... 16

6.1 Geometrie ................................................................................................ 16

6.2 Material und Beschichtung ...................................................................... 16

7 Erstellung Festigkeitsnachweis ..................................................................... 18

8 Praktische Umsetzung und Test .................................................................... 22

9 Zusammenfassung und Ausblick .................................................................. 25

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Greiferkonzipierung -

Abbildungsverzeichnis

III

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 Aufbau einer Gasdruckfeder ................................................................... 2 Abbildung 2 Lokalisierung des Massenschwerpunktes .............................................. 2 Abbildung 3 Ermittelung des Trägheitstensors des Werkstücks mit CATIA V5 .......... 3

Abbildung 4 Nutzbare (grün) bzw. nicht nutzbare (rot) Greifflächen ........................... 3 Abbildung 5 Technische Zeichnung der vorliegenden Gasdruckfeder mit relevanten Maßen ........................................................................................................................ 4 Abbildung 6 Technische Zeichnung der vorliegenden Gasdruckfeder mit relevanten Maßen ........................................................................................................................ 4

Abbildung 7 Skizze der Bewegungsbeschreibung ...................................................... 5

Abbildung 8 Prüfen einer Gasdruckfeder .................................................................... 6

Abbildung 9 Waagerechte Greifpose .......................................................................... 8 Abbildung 10 Senkrechte Greifpose ........................................................................... 8 Abbildung 11 Ein früher Entwurf der Greifbacken (Für SCHUNK PGN-plus-P) .......... 9 Abbildung 12 Ergebnis Berechnung der Beschleunigungen und Trägheitskräfte ..... 12 Abbildung 13 Ergebnis der Berechnung der erforderlichen Haltekräfte .................... 13 Abbildung 14 SCHUNK PGF 64-IS ........................................................................... 14 Abbildung 15 Technische Zeichnung SCHUNK PGF 64-IS ...................................... 15

Abbildung 16 Finales Design der Greifbacken .......................................................... 16 Abbildung 17 Fertige Konstruktion des Handhabungssystems bestehend aus: Greifer, Greifbacken, Werkstück, Adapterplatte, manuelles Wechselsystem ........... 17 Abbildung 18 Eingabe der Materialparameter für PLA ............................................. 18 Abbildung 19 Eintragen der eingeprägten Kräfte auf die Greiffläche ........................ 19

Abbildung 20 Hauptspannungen .............................................................................. 19

Abbildung 21 Von-Mises-Spannung/ Vergleichsspannung: Nachgeben des Materials erkenntlich ................................................................................................................ 20 Abbildung 22 Verschiebungen bzw. Verformungen .................................................. 20 Abbildung 23 Greifervermessung mit CATIA V5: Haupträgheitsmomente ............... 22

Abbildung 24 Greifervermessung mit CATIA V5: Massenschwerpunkt .................... 22 Abbildung 25 Eintragen der geometrischen und physikalischen Greifereigenschaften in das KUKA Teach-Panel ........................................................................................ 22 Abbildung 26 Reales Handhabungsszenario: Von der Vereinzelungsstation über die Prüfvorrichtung bis hin zu einem Gestänge zum Ablegen ........................................ 23

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 Trägheitstensor des Werkstücks ................................................................. 3 Tabelle 2 Min. und max. Spannungen, Drücke, und Verschiebungen als Ergebnis der FEM-Analyse ............................................................................................................ 21

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Greiferkonzipierung - Einleitung

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1 Einleitung

Für die zu der Vorlesung „Ausgewählte Kapitel der Robotik“ von Prof. Dipl.-Ing. Andreas Hoch gehörige Laborveranstaltung, ist jedem teilnehmenden Studenten im Wintersemester 2017/ 2018 der Hochschule Heilbronn aus dem Studiengang Robotik und Automation eine Handhabungsaufgabe gestellt worden. Dazu händigt der Dozent verschiedene Werkstücke aus, für die ein Greifsystem erarbeitet werden soll. Es sollen wie in einem professionell in-dustriellen Umfeld nachfolgende Entwicklungsschritte durchlaufen werden, um am Ende ein möglichst gut konzeptioniertes Ergebnis zu erzielen. Der Verfasser dieser Dokumentation hat eine Gasdruckfeder des Typs G14-28 der Firma HAHN Gasfedern GmbH anvertraut bekommen. Dafür erarbeitet er verschiedene Anforde-rungen bzgl. der Beschaffenheit des Werkstücks und überlegt sich ein Greifszenario für einen speziellen Anwendungsfall. Darüber hinaus werden Greiffinger entworfen, konstruiert, her-gestellt und real sowie in einer FEM-Analyse getestet. Mittels der Masse des Werkstücks, der Beschaffenheit der Greiffinger, sowie den Leistungsmerkmalen des verwendeten Roboters können Berechnungen bzgl. der für die Handhabung der Gastdruckfeder erforderlichen Greifkräfte angestellt werden. Anhand derer lassen sich aus den vielen verschiedenen auf dem Markt erhältlichen Greifer geeignete Modelle herausfiltern, von denen daraufhin eines ausgewählt werden kann. So ist es möglich, die gestellte Handhabungsaufgabe strukturiert zu erarbeiten und wirksam umzusetzen.

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Greiferkonzipierung - Anforderungen auflisten

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2 Anforderungen auflisten

2.1 Eigenschaften Werkstück

Abbildung 1 Aufbau einer Gasdruckfeder (Silberwolf, Creative Commons CC-BY-SA-2.5)1

2.1.1 Masse und Massenverteilung Die Masse der Gasdruckfeder beträgt ca. 693,63g. Dabei ist der Teil des schwarzen Zylinders bzw. Gehäuses etwas schwerer als der Plungerkolben, was sich auf die Schwerpunktsvertei-lung auswirkt.

2.1.2 Massenschwerpunkt Der Massenschwerpunkt der Gasdruckfeder wurde durch einfaches Ausbalancieren ermittelt und beziffert sich auf ca. 50,9mm von der Kante des Plungerkolben-Abstreifers ausgehend:

2.1.3 Trägheitstensor Um den Trägheitstensor des Werkstücks bestimmen zu können, ist das CAD-Modell einer ähnlichen Gasdruckfeder (Weforma WM-G_28) so abgeändert worden, dass es den Abmes-sungen der hierbei verwendeten Gasdruckfeder G14-28 der Firma HAHN entspricht. Jedoch konnte auf den inneren Aufbau der Gasdruckfeder kein Einfluss genommen werden, sodass der im folgenden erzeugte Trägheitstensor nicht exakt den realen Umständen entspricht.

1 https://de.wikipedia.org/wiki/Gasdruckfeder, letzter Zugriff: 12.01.2018

Abbildung 2 Lokalisierung des Massenschwerpunktes

S

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Greiferkonzipierung - Anforderungen auflisten

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Abbildung 3 Ermittelung des Trägheitstensors des Werkstücks mit CATIA V5

Tabelle 1 Trägheitstensor des Werkstücks

Träg-heits-matrix

Iox=1,007e-004kgxm2

Ioy=0,013kgxm2 Ioz=0,013kgxm2

Ixy=-8,208e-020kgxm2

Ixz=-2,87e-020kgxm2

Iyz=0kgxm2

2.2 Nutzbare Greifflächen Da der Plungerkolben der Gasdruckfeder absolut toleranzfrei in das Gehäuse ein- bzw. aus-

fahren können muss, darf diese nur im Bereich des nicht überaus empfindlichen Gehäuses oder den Gelenkaugen gehandhabt werden. In der folgenden Grafik sind die für die Handha-bung nutzbaren Greifflächen grün, die nicht nutzbaren rot eingefärbt.

Abbildung 4 Nutzbare (grün) bzw. nicht nutzbare (rot) Greifflächen

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Greiferkonzipierung - Anforderungen auflisten

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2.2.1 Geometrie (Maße mit Toleranzen) Auf Basis des CAD-Modells ist eine zweidimensionale Zeichnungsableitung mit den für diese Handhabungsaufgabe relevanten Maßen erstellt worden.

2.2.2 Oberfläche Leider liegen keine Werte für die Rauigkeit, den Reibwerten, den zulässigen Pressungen und der Adhäsion des Werkstücks vor, weshalb jene Werkstückseigenschaften in dieser Doku-mentation unbehandelt bleiben.

2.3 Aufnahme- und Ablagesituation Für die Auf- und Ablagesituation werden zwei Szenarien gedanklich entworfen, von den spä-ter eine Anwendung finden soll: Szenario 1 Die Gasdruckfeder wird mit einem Parallelgreifer waagerecht liegend aus einer Vereinze-lungsstation aufgenommen und senkrecht so in eine Prüfanlage geführt, dass das Zylinderge-häuse nach oben zeigt. Nach diesem Prozessschritt wird das Werkstück erneut aufgenom-men und senkrecht an einem Gestänge aufgefädelt, wobei wiederum das Zylindergehäuse nach oben zeigt. Szenario 2 Die Gasdruckfeder wird mit einem Drei-Finger-Greifer senkrecht an einem Gestänge hän-gend von oben am Zylindergehäuse aufgenommen und aus dem Gestänge gefädelt.

Abbildung 6 Technische Zeichnung der vorliegenden Gasdruckfeder mit relevan-ten Maßen

Abbildung 5 Technische Zeichnung der vorliegenden Gasdruckfeder mit relevanten Maßen

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Greiferkonzipierung - Anforderungen auflisten

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Anschließend wird es so in einer Prüfanlage eingeführt, dass das Zylindergehäuse nach oben zeigt. Nach diesem Prozessschritt wird das Werkstück waagerecht in einen Gitterwagen ab-gelegt.

2.4 Bewegungsbeschreibung Normalbetrieb und Nothalt Im Folgenden wird zu den beiden oben dargestellten Aufnahme- und Ablagesituationen so-wie einem Notfall-Szenario die Bewegungsabfolge genauer ausgeführt: Szenario 1 Eine Gasdruckfeder mit einer Masse von ca. 693,63 g ist in waagerechter Position aus einer Vereinzelungsstation zu entnehmen, durch Translation in Z-Richtung anzuheben und gleich-zeitig durch Translation in X- Richtung zur Prüfanlage zu verfahren. Dort soll es um 90 ° in die Senkrechte rotiert und durch Translation in Z- Richtung in die Prüfvorrichtung eingesetzt werden. Nach dem Prüfvorgang ist das Werkstück wiederum durch Translation in Z- Richtung aus der Prüfvorrichtung zu entnehmen, daraufhin durch Translation in X- Richtung aus der Prüfanlage hinaus und in ein Gestänge zur senkrechten Aufnahme zu verfahren. Es sollen möglichst alle maximalen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen aller Achsen des KUKA KR6-R900 sixx zugelassen sein, und darauf aufbauend die benötigte Greifkraft be-rechnet werden.

Abbildung 7 Skizze der Bewegungsbeschreibung

Szenario 2 Eine Gasdruckfeder mit einer Masse von ca. 693,63g ist in senkrechter Position aus einem Gestänge zu entnehmen, durch Translation in X- Richtung zur Prüfanlage zu verfahren. Dort soll es durch Translation in Z- Richtung in die Prüfvorrichtung eingesetzt werden. Nach dem Prüfvorgang ist das Werkstück wiederum durch Translation in Z- Richtung aus der Prüfvor-richtung zu entnehmen, daraufhin durch Translation in X- Richtung aus der Prüfanlage hin-aus zu verfahren. Dort soll es um 90° in die Waagerechte rotiert und durch Translation in Z-

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Greiferkonzipierung - Anforderungen auflisten

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Richtung in einen Gitterwaagen abgelegt werden. Es sollen möglichst alle maximalen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen aller Achsen des KUKA KR6-R900 sixx zugelassen sein, und darauf aufbauend die benötigte Greifkraft be-rechnet werden. Nothalt Wird während dem Abfahren der Trajektorie des Handhabungsvorganges ein Nothalt durch z.B. Drücken des Not-Aus-Schalters, Stromausfall oder weiteren unvorhergesehen Zwischen-fällen eingeleitet, so darf sich der Greifer unter keinen Umständen öffnen. Denn das Gewicht der Gasdruckfeder beträgt mehr als ein Kilogramm und kann bei Herunterfallen aus bereits geringen Höhen darunter stehendem Personal Verletzungen zufügen. Bei einem Öffnen der Greifbacken während einer Rotation wird jenes Werkstück einem Geschosse gleich, und kann womöglich sogar Schutzzäune überwinden. Um diese und sonstige Unfallszenarien zu vermeiden, ist eine im Greifer integrierte Greifkraftsicherung vonnöten, die z.B. mittels einer Feder als Energiespeicher implementiert wird.

2.5 Prozesskräfte Da die Gasdruckfeder mechanisch nicht mehr bearbeitet, sondern nur noch einer funktiona-len Prüfung unterzogen werden muss, fallen in diesem Handhabungsvorgang keine Kräfte externer Prozesse an. Für die Dauer des Prüfvorgangs wird der Kontakt zwischen Greifer und Werkstück gelöst. Erst nach der Messung des Kraftverlaufs nimmt der Roboter die Gasdruck-feder erneut auf und es wird die Ablage derselbigen eingeleitet.

Abbildung 8 Prüfen einer Gasdruckfeder2

2.6 Umgebungsbedingungen der Handhabung Die Temperaturwerte im Handhabungsumfeld werden der einer gemäßigten Klimazone an-genommen und belaufen sich dementsprechend von ca. 15°C bis 30°C gemäß dem

2 https://www.dictator.de/unternehmen/fertigungsstandorte/fertigungsstandort-berlin/, letzter Zugriff: 15.12.2017

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Greiferkonzipierung - Anforderungen auflisten

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Innentemperaturbereich einer typischen Industriehalle. Auch die Luftfeuchtigkeit und an-dere Umgebungsbedingungen belaufen sich auf die gewöhnlichen Werte eines industriellen Umfeldes. Dies bedeutet, dass die Staubbelastung, der Anteil an Ölen, Harzen etc. und der Grad an Vibrationen und Erschütterungen höher ist, als in anderen Umgebungen.

2.7 Sicherheitsaspekte Es wird angenommen, dass keine besonderen Sicherheitsstandards bzgl. Reinraum oder Ex-plosionsschutz in dieser Handhabungsaufgabe berücksichtigt werden müssen.

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Greiferkonzipierung - Konzeption

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3 Konzeption

3.1 Greifposen aufstellen und bewerten In den beiden vorgestellten Szenarien gibt es zwei Greifposen, die sich in ihrer Orientierung unterscheiden: Zum einen kann die Gasdruckfeder in der Waagerechten der Vereinzelungsstation entnom-men werden, zum anderen wird sie nach unterzogener Qualitätsprüfung in der Senkrechten aus der Prüfeinrichtung gehoben.

Abbildung 9 Waagerechte Greifpose

Abbildung 10 Senkrechte Greifpose

3.2 Auswahl Greifprinzip und Greifer Als Greifprinzip wird ein Zangengreifer gewählt. Mit seinen zwei parallel schließenden Greif-backen (linearer Backenbewegung) soll die Gasdruckfeder sicher gehandhabt werden. Z.B.

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Greiferkonzipierung - Konzeption

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eignet sich hierfür der SCHUNK PGN-plus-P mit individualisierten Greiffingern, oder der im Labor der Hochschule Heilbronn bereits vorhandene SCHUNK PGF 64-IS. Als Griffvariante wird ein Kraft-/ Formpaarung mit mehr als einer Kontaktebene gewählt.

3.3 Entwurf der Greiferfinger Um eine möglichst sichere Handhabung der Gasdruckfeder in den verschiedenen Handha-bungsszenarien und dazugehörigen Greifposen zu gewährleisten, hat sich der Student für eine Greiflösung basierend auf einer Kombination von Kraft- und Formschluss (abhängig von der jeweiligen Bewegungsrichtung) entschieden: Das Werkstück wird in seinem Schwerpunkt mit Prismen-artigen Greifbacken gegriffen und gehalten. Bei einer Bewegung in z-Richtung ergibt sich bei der waagerechten Greifpose so-mit ein Formschluss. Verfährt man jedoch in y-Richtung, so wirkt der Kraftschluss. Auf Höhe des Plungerkolben-Abstreifers der Gasdruckfeder befinden sich im Profil der Greifbacken entsprechende Radien, welche einen Abdruck des dortigen Profils der Gasdruckfeder erge-ben. Diese wirken aufgrund eines geringen Abstandes radial ohne Anpressdruck auf das Werkstück, ermöglichen jedoch einen axialen Formschluss für die Bewegung in eine y-Rich-tung für die waagerechte Greifpose und für die Bewegung in einer-Richtung für die senk-rechte Greifpose.

Abbildung 11 Ein früher Entwurf der Greifbacken (Für SCHUNK PGN-plus-P)

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Greiferkonzipierung - Berechnungen

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4 Berechnungen

4.1 Trägheitskräfte und -momente Zur Berechnung der in Szenario 1 auftretenden Trägheitskräfte und -momente ist ein Matlab-

Skript erstellt worden, in welchem die Daten des Roboters und des Werkstücks eingetragen

werden können. Da die Gasdruckfeder in ihrem Schwerpunkt gegriffen wird, sollten die Träg-

heitsmomente aufgrund des höchstens minimal vorhandenen Hebels vernachlässigbar klein

sein, die Trägheitskräfte natürlich jedoch nicht. Die Berechnungen wurden anhand der Aus-

führungen des Buches „Greifsysteme für Montage, Handhabung und Industrieroboter: Grund-

lagen – Erfahrungen – Einsatzbeispiele“ von Ludwig Seegräber durchgeführt. % %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % %%%%%%%%%%Berechnen der Greifkräfte%%%%%%%%%%%%

% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

% Creator: Florian S.

% MatrNo.: ??????

% Course: Ausgewählte Kapitel der Robotik

% Modifications: Moritz Böker, 09/11/2017

clc; clear

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

% Schritt 1: Berechnen der Beschleunigungen für KUKA KR6-R900 sixx HM-SC%

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

fprintf("\n#########Schritt 1: Berechnen der Beschleunigungen für KUKA KR6-R900 sixx HM-

SC#########\n");

% Längen der Achsen

dAx2 = 0.455; % [m] Länge der Achse 2

dAx3 = 0.500; % [m] Länge der Achse 3 bis Flansch

dR = 0.9015+0.087; % [m] Roboterarbeitsraum (Radius)

%Sonstige Distanzen

dGreifer = 0.15; % [m] Distanz Flansch <-> TCP:

% Greiffinger, Greifer, Wechselsystem, Adapterplatten

% Distanzen zum Stoppen

dStopAx1 = 133.67; % [°] Stoppdistanz Achse 1

dStopAx2 = 122.43; % [°] Stoppdistanz Achse 2

dStopAx3 = 79.29; % [°] Stoppdistanz Achse 3

% Stoppzeiten

tStopAx1 = 0.494; % [s] Stoppzeit Achse 1

tStopAx2 = 0.556; % [s] Stoppzeit Achse 2

tStopAx3 = 0.371; % [s] Stoppzeit Achse 3

% Winkelgeschwindigkeit mit Nutzlast (Rated Payload)

wAx1 = 360; % [°/s] Geschwindigkeit Achse 1

wAx2 = 300; % [°/s] Geschwindigkeit Achse 2

wAx3 = 360; % [°/s] Geschwindigkeit Achse 3

wAx4 = 381; % [°/s] Geschwindigkeit Achse 4

wAx5 = 388; % [°/s] Geschwindigkeit Achse 5

wAx6 = 615; % [°/s] Geschwindigkeit Achse 6

wAx4_6 = wAx4+wAx6; % [°/s] Max. Winkelgeschw. um Flansch:

% Falls Achse 4 || Achse 6

% Winkelbeschleunigung (Stopp-Fall, Betrag)

alphAx1 = wAx1 /tStopAx1; % Winkelbeschleunigung Achse 1

alphAx2 = wAx2 /tStopAx2; % Winkelbeschleunigung Achse 2

alphAx3 = wAx3 /tStopAx3; % Winkelbeschleunigung Achse 3

% Translatorische Geschwindigkeit (Achsen unabhängig voneinander)

vAx1 = (deg2rad(wAx1)*(dR+dGreifer)); % [m/s]

vAx2 = (deg2rad(wAx2)*dAx2); % [m/s]

vAx3 = (deg2rad(wAx3)*(dAx3+dGreifer)); % [m/s]

% Translatorische Geschwindigkeit (Achsen kombiniert, Worst Case)

vAx2_3 = vAx2+vAx3; % [m/s] Geschwindigkeit Achse 2+3 (Worst Case)

vAx1_3 = sqrt(vAx2_3^2+ vAx1^2);% [m/s] Geometrische Addition Achse 1+ 2/3

% Translatorische Beschleunigung (Achsen unabhängig, Stopp-Fall, Betrag)

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Greiferkonzipierung - Berechnungen

11

aAx1 = vAx1/tStopAx1; % [m/s^2]

aAx2 = vAx2/tStopAx2; % [m/s^2]

aAx3 = vAx3/tStopAx3; % [m/s^2]

% Translatorische Beschleunigung (Achsen kombiniert, Stopp-Fall, Worst Case)

aAx2_3 = aAx2+aAx3; % [m/s^2] Beschleunigung Achse 2+3 (Worst Case)

aAx1_3 = sqrt(aAx2_3^2+ aAx1^2);% [m/s^2] Geometrische Addition Achse 1+ 2/3

disp("Max. trans. Geschw. TCP : " + vAx1_3 + " m/s");

disp("Max. trans. Beschl. zum Versetzen bzw. Not-Aus-Beschl. : " + aAx1_3 + " m/s^2");

disp("Max. trans. Beschl. Heben/ Senken : " + aAx2_3 + " m/s^2");

disp("(Achsen 4-6 hinsichtlich Beschl. aufgrund fehlender Inform.");

disp("über Stoppzeiten und Stoppdistanz unberücksichtigt)");

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

% Schritt 2: Berechnen der Trägheitskräfte%

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

% Einfügen der Parameter des Werkstücks und Trajektorie

fprintf("\n#########Schritt 2: Berechnen der Trägheitskräfte#########");

m = 0.693633; % [kg] Handhabungsmasse (Gasdruckfeder)

g = 9.81; % [m/s^2] Erdbeschleunigung

alpha = 2*pi/3; % [rad] Winkel des Prismas des Greiferfingers

mu = 0.4; % [1] Reibungskoeffizient Gummi-Stahl

vTCP = 2.0; % [m/s] Geschwindigkeit TCP radial zur Schwenkachse während Schwenkbe-

wegung

aNA = aAx1_3; % [m/s^2] Beschleunigung Not-Aus

% (Literaturwert: 20-25m/s, Greifsysteme (Ludwig Seegräber),

S.94)

aHeben = aAx2_3; % [m/s^2] Beschleunigung zum Heben bzw. Senken (haupts. Achse 2+3)

% (Literaturwert: 5-6m/s, Greifsysteme (Ludwig Seegräber), S.90)

aVersetzen = aAx1_3;% [m/s^2] Beschleunigung zum Versetzen (haupts. Achse 1+2+3)

S = 2; % [1] Sicherheitsfaktor

% Berechnungen der maximalen Trägheitskräfte nach "Greifsysteme für Montage,

% Handhabung und Industrieroboter - Grundlagen - Erfahrungen -Einsatzbeispiele",

% Ludwig Seegräber, S. 88ff., ISBN 3-8169-0943-4

G = m*g; % [N] Gewichtskraft

FH = m*g*(1+aHeben/g); % [N] Kraft zum Heben (haupts. Achse 2&3)

FS = m*g*(1-aHeben/g); % [N] Kraft zum Senken (haupts. Achse 2&3)

FV = m*aVersetzen; % [N] Kraft zum Versetzen

FR = sqrt(G^2+FV^2); % [N] result. Kraft horiz. Translation

FZ1 = m*deg2rad(wAx1)^2*dR; % [N] Fliehkraft Achse 1 (um A bzw. z-Achse)

FZ46 = m*deg2rad(wAx6)^2*0; % [N] Fliehkraft Achse 4 + 6

% Abstand Schwerpunkt Werkstück <-> Drehpunkt Bewegung

% = 0, da Gasdruckfeder im Schwerpunkt gegriffen wird

FC = 2*m*vTCP*deg2rad(wAx1); % [N] Corioliskraft

FNA = m*aNA; % [N] Not-Aus-Kraft

fprintf("\nAllgemeiner Fall (Sicherheitsfaktor S = %1.1f):\n",S);

disp("Kraft bzgl. Gasdruckfeder ohne S mit S");

disp("________________________________________________");

disp("Kraft zum Heben " + FH + " " + FH*S + " N");

disp("Kraft zum Senken " + FS + " " + FS*S + " N");

disp("Kraft zum Versetzen " + FV + " " + FV*S + " N");

disp("Result. Kraft horiz. Translation " + FR + " " + FR*S + " N");

disp("Fliehkraft Achse 1 " + FZ1 + " " + FZ1*S + " N");

disp("Fliehkraft Achse 4+6 " + FZ46 + " " + FZ46*S + " N");

disp("Corioliskraft " + FC + " " + FC*S + " N");

disp("NotAus-Kraft " + FNA + " " + FNA*S + " N");

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Greiferkonzipierung - Berechnungen

12

Obiges Skript liefert folgende Ergebnisse:

Abbildung 12 Ergebnis Berechnung der Beschleunigungen und Trägheitskräfte

Es fällt auf, dass die stärkste Kraft in Form der Fliehkraft bzw. die zur Kompensation aufzu-bringende Zentripetalkraft als Resultat der Rotation der ersten Roboterachse auftritt und ca. 54N beträgt. Diese Ergebnisse stellen lediglich die allgemeinen Trägheitskräfte der Gasdruck-feder unter den Annahmen der Geschwindigkeiten und Beschleunigung dar, ohne die Be-rücksichtigung des Greifers.

4.2 Überlagerung von Trägheits- und ggf. Prozesskräften Nach dem Absetzen der Gasdruckfeder in die Prüfvorrichtung entfernt sich der Roboter wäh-rend des Prüfvorgangs und nimmt erst nach Abschluss dessen das nun geprüfte Werkstück wieder auf. Somit ist der Roboter bzw. sein Effektor nicht aktiv an weiteren Prozessen betei-ligt, die zu beachtende Prozesskräfte hervorrufen würden.

4.3 Erforderliche Haltekräfte mit und ohne Berücksichtigung von Sicherheitsfaktoren

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %Schritt 3: Berechnen der Greifkräfte%

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

fprintf("\n#########Schritt 3: Berechnen der Greifkräfte#########");

% Greifkräfte pro Greiferfinger für Prismen-Greifer

% gemäß Trajektorie Szenario 1

% (da hierbei für die beschriebenen Bewegungen nur mittels

% Formschluss gegriffen wird, muss der Reibungskoeffizient

% mu nicht berücksichtigt werden).

FH_prism_max = m*(aHeben+g)*tan(alpha/2)/2; % [N] Anlage 7.A2: Situation 2,

Richtung Z

FS_prism_max = abs(m*(-aHeben+g)*tan(alpha/2)/2); % [N] Anlage 7.A2: Situation 2,

Richtung Z-

FV_prism_max = m*(aAx1+g*tan(alpha/2)/2); % [N] Anlage 7.A2: Situation 2,

Richtung X

FHV_prism_max = sqrt(FH_prism_max^2+FV_prism_max^2);% [N] Resultierende Kraft: Heben &

Versetzen

aZ = aAx2_3^2*dGreifer; % [m/s^2] Zentripetalbeschleunigung

FZ = m*aZ*tan(alpha/2)/2; % [N] Zentripetalkraft

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Greiferkonzipierung - Berechnungen

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fprintf("\nSpezieller Fall: Prismengreifer (Sicherheitsfaktor S = %1.1f)\n", S);

disp("Kraft pro Greiferfinger ohne S mit S");

disp("____________________________________________________");

disp("Kraft zum Heben " + FH_prism_max + " " +FH_prism_max*S+ " N");

disp("Kraft zum Senken " + FS_prism_max + " " +FS_prism_max*S+ " N");

disp("Kraft zum Versetzen " + FV_prism_max + " " +FV_prism_max*S+ " N");

disp("Resultierende: Heben & Versetzen " + FHV_prism_max + " " +

FHV_prism_max*sqrt(2)*S+ " N");

disp("Kraft zum Rotieren (Zentripetalkraft)" + FZ + " " + FZ*S + " N");

Abbildung 13 Ergebnis der Berechnung der erforderlichen Haltekräfte

Bei der Berechnung der Haltekräfte wurde angenommen, dass der Roboter die Gas-druckfeder in der waagerechten Greifpose aufnimmt gleichzeitig in x-Richtung ver-setzt, sodass zu jeder Zeit der Formschluss des Prismas wirkt und kein Kraftschluss vorliegt. Damit spielt der Reibwert zwischen dem Metallgehäuse des Werkstücks und den Moosgummi-beschichteten Greifflächen keine Rolle. Auch in der darauffolgen-den Rotation wirkt der Formschluss durch die am Greifbackenende angebrachten Radien, welche ein „Durchrutschen“ der Gasdruckfeder unterbinden. Somit beträgt für das ausgewählte Szenario 1 die größte auftretende Kraft pro Greifbacke unter der Kombination des Anhebens und Versetzens ca. 62N. Demzufolge muss der auszu-wählende Greifer mindestens eine Greifkraft von ca. 2 ∗ 62𝑁 = 124𝑁 aufweisen.

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Greiferkonzipierung - Auswahl Greifer

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5 Auswahl Greifer

5.1 Recherche Greifer Auf der Automatisierungsmesse Motek in Stuttgart sind einige Unternehmen der Handha-bungsbranche vertreten. Besonders der SCHUNK PGN-plus-P-Greifer scheint für die Handha-bung der Gasdruckfeder sehr geeignet zu sein. Da dieser jedoch nicht im Robotik-Labor der Hochschule Heilbronn vorzufinden ist, ist ein Modell der dort vorhandenen Greifer ausge-wählt worden.

5.2 Auswahl Hersteller, Greifertyp und Ausführung Einer der für diese Handhabungsaufgabe geeignete und zugleich im Robotik-Labor der Hoch-schule Heilbronn vorhandene Greifer ist der SCHUNK PGF 64-IS. Dieser Zwei-Finger Parallel-Greifer verfügt über einen Hub von 11.5 mm pro Greifbacke und kann bis zu 500N als Greif-kraft aufbringen3. Daher kann pro Greifbacke mit 250N gegriffen werden, was die erforderli-che Greifkraft von ca. 62N bei weitem übersteigt. Daher kann der Greifer bedenkenlos unter Verwendung aller maximal möglichen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen eingesetzt werden.

Abbildung 14 SCHUNK PGF 64-IS

3 https://schunk.com/fileadmin/pim/docs/IM0020094.PDF

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Greiferkonzipierung - Auswahl Greifer

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Abbildung 15 Technische Zeichnung SCHUNK PGF 64-IS

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Greiferkonzipierung - Detailierung Greiferfinger

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6 Detailierung Greiferfinger

6.1 Geometrie Die finale Version der Greiffinger besitzt mehr und weitaus größere Radien, um eine bessere Kraftverteilung während des Greifen und Halten zu gewährleisten. Zudem wurden die Ker-ben an der Unterseite der Greiffinger entfernt, welche ursprünglich als Führung für die Grundbacken des Greifers gedacht waren. Ohne diese ist jedoch ein Ausdrucken der Greifba-cken ohne Stützstrukturen mit dem 3D-Drucker möglich. Außerdem wurden die Radien, wel-che für den Formschluss mit dem Plungerkolben, Kopfstück und Zylinder der Gasdruckfeder zuständig sind, so erweitert, dass im gegriffenen Zustand mindestens ein Abstand von 0.5mm vorliegt. Dies gewährleistet, dass das Handhabungsstück wirklich nur mit den Pris-men der Greiffinger in seinem Schwerpunkt gegriffen wird.

6.2 Material und Beschichtung Die Greiffinger wurden aus PLA-Kunststoff (Polylactide) gefertigt, welcher für eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme, geringe Flammbarkeit sowie eine hohe UV-Bestän-digkeit bekannt ist. Da der Reibwert von Kunststoff auf Metall mit ca. 0,2 relativ ge-ring ausfällt, wurde auf die Prismenflächen Moosgummi aufgeklebt, welcher den Reibwert ca. verdoppelt.

Abbildung 16 Finales Design der Greifbacken

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Greiferkonzipierung - Detailierung Greiferfinger

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Abbildung 17 Fertige Konstruktion des Handhabungssystems bestehend aus: Greifer, Greifba-cken, Werkstück, Adapterplatte, manuelles Wechselsystem

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Greiferkonzipierung - Erstellung Festigkeitsnachweis

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7 Erstellung Festigkeitsnachweis

In CATIA V5 lässt sich neben der klassischen Konstruktion auch eine einfach gehaltene Festig-keitsanalyse durchführen. Diese reicht für den hiesigen Anwendungsfall gut aus, da alle inte-ressanten Kenngrößen berechnet und abgelesen werden können. Um eine möglichst realitätsnahe Analyse nach der Finite Elemente Methode durchführen zu können, bedarf es den wichtigsten Kenngrößen unseres Materials. In diesem Fall sind die Greiffinger aus PLA-Kunststoff (Polylactide) im additiven Druckverfahren hergestellt worden. Aus Internet-Seiten lassen sich die benötigten Materialeigenschaften finden: So hat PLA ein

Elastizitätsmodul von ca. 3,145 ∗ 106 𝑁

𝑚2, eine Poisson-Zahl von ca. 0,334, eine Dichte von ca.

1,3𝑔

𝑐𝑚3 , eine thermische Ausdehnung von 7,4 ∗ 10−4 1

𝐾 5und eine Dehngrenze von ca.

6,205 ∗ 107 𝑁

𝑚26. Als Materialtyp ist ein isotropes Material ausgewählt worden, was eine

Richtungsunabhängigkeit der Eigenschaften ausdrückt. Da die Greiferfinger jedoch im 3D-Druck-Verfahren hergestellt worden sind, verschmelzen die Materialschlangen nicht kom-plett miteinander, sodass Hohlräume übrigbleiben. Auch wird die Druckrichtung ebenfalls eine Rolle für die Zug- und Bruchfestigkeit der Greiffinger spielen. Für die nachfolgenden Festigkeitsanalysten wurde demnach angenommen, dass es sich um ein volles Spritzgussteil handelt aus PLA handelt, und dieser Kunststoff in alle Richtungen die gleichen physikalischen Materialeigenschaften aufweist.

Abbildung 18 Eingabe der Materialparameter für PLA

Die zuvor berechnete maximale Haltekraft wird nun als eingeprägte Kraft auf die Kontaktflä-che des Greiffingers mit der Gasdruckfeder beaufschlagt. Da hierbei die Gasdruckfeder auf-grund des Prismas zwei Berührungspunkte mit dem Greiffinger besitzt, wird die Haltekraft

4 https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20160010284.pdf, letzter Aufruf 11.12.2017 5 https://www.researchgate.net/post/What_is_the_coefficient_of_the_linear_thermal_expan-sion_of_PLA_polylactic_acid_polymer, letzter Aufruf 11.12.2017 6 https://plastics.ulprospector.com/generics/34/c/t/polylactic-acid-pla-properties-processing, letzter Auf-ruf 11.12.2017

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Greiferkonzipierung - Erstellung Festigkeitsnachweis

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noch halbiert:

𝐻𝑎𝑙𝑡𝑒𝑘𝑟𝑎𝑓𝑡 𝑝𝑟𝑜 𝐺𝑟𝑒𝑖𝑓𝑏𝑎𝑐𝑘𝑒

𝐴𝑛𝑧𝑎ℎ𝑙 𝐴𝑢𝑓𝑙𝑎𝑔𝑒𝑝𝑢𝑛𝑘𝑡𝑒=

62.057

2𝑁 = 31.0285𝑁

Abbildung 19 Eintragen der eingeprägten Kräfte auf die Greiffläche

Im Anschluss kann die statische FEM-Analyse durchgeführt werden. Als Ergebnis sind fol-gende Spannungs- und Verschiebungsbilder entstanden:

Abbildung 20 Hauptspannungen

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Greiferkonzipierung - Erstellung Festigkeitsnachweis

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Abbildung 21 Von-Mises-Spannung/ Vergleichsspannung: Nachgeben des Materials erkennt-lich

Abbildung 22 Verschiebungen bzw. Verformungen

Das Maximum und Minimum der auftretenden Spannungen bzw. Verschiebungen sind von hohem Interesse und daher bzgl. ihrer Lage in folgender Tabelle zusammengefasst:

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Greiferkonzipierung - Erstellung Festigkeitsnachweis

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Tabelle 2 Min. und max. Spannungen, Drücke, und Verschiebungen als Ergebnis der FEM-Ana-lyse

Größe Minimaler Wert

Lokalisation Maximaler Wert

Lokalisation

Hauptspannungen [N/m^2]

-4,39*10^6 Seite der obe-ren Kontaktflä-che des Primas

9,27*10^5 Seite der oberen Kon-taktfläche des Primas

Von-Mises-Span-nungen bzw. Ver-gleichsspannun-gen [N/m^2]

978 Nicht in Nähe zu Kontaktflä-chen des Pris-mas

4,075*10^6

Seite der oberen Kon-taktfläche des Primas

Verschiebung [mm]

0 In Nähe zu Kontaktfläche mit Grundba-cke des Grei-fers

7,5012 Seite der oberen Kon-taktfläche des Primas

Es fällt auf, dass die minimale und maximale Hauptspannung sehr dicht beieinanderliegen. Dies liegt an der Richtung der Spannungen, die in diesem Fall entgegengesetzt wirken (siehe Vorzeichen). Vor allen Dingen in der Darstellung des von-Mises-Drucks wird ersichtlich, dass das Material an der oberen Kontaktfläche des Prismas der beaufschlagten Kraft nicht stand-halten kann, sondern nachgibt. Dies äußert sich in Form von Einreißen bzw. Einbrechen des Materials und gibt das klare Ausschlusskriterium für die Einsetzbarkeit dieses Greifers. Die von-Mises-Spannung wird auch Vergleichsspannung genannt und ist eine „fiktive einachsige Spannung, die dieselbe Materialbeanspruchung darstellt wie ein realer, mehrachsiger Span-nungszustand“7. Auch der Maximalwert der Verschiebung bzw. Verformung ist mit ca. 7,5mm weit über dem zu duldenden Toleranzintervall und äußert sich, wie bereits oben be-schrieben, durch Nachgeben der Struktur. Somit ist der Greifer höchstens für Darstellungs-zwecke oder dem Gebrauch im Handfahrbetrieb zugelassen und darf niemals im Automatik-betrieb unter Verwendung der Höchstgeschwindigkeiten- und -beschleunigungen eingesetzt werden. An dieser Stelle ist es sinnig, die Berechnung der Haltekräfte und Simulationspara-meter zu überprüfen und bei Fortbestand der Untauglichkeit der Greifbacken eine andere Geometrie oder ein anderes Material zu Rate zu ziehen.

7 https://de.wikipedia.org/wiki/Vergleichsspannung, letzter Zugriff: 16.12.2017

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Greiferkonzipierung - Praktische Umsetzung und Test

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8 Praktische Umsetzung und Test

Ein äußerst interessanter Teil dieses Laborprojektes ist die praktische Umsetzung und das Testen der konstruierten Greifbacken. Nach dem Festschrauben der Greifbacken und Anflan-schen des kompletten Greifsystems wird das Werkzeug-Koordinatensystem angelegt. Es ist möglich, die Masse, die Position des Massenschwerpunktes, sowie die Orientierung und die Hauptträgheitsmomente für den Greifer einzutragen. Die Position des Massen-schwerpunktes sowie die Trägheitsachsen lassen sich mit CATIA V5 leicht bestimmen und können unter Beachtung der Richtungen in die entsprechenden Felder eingetragen werden (Hauptträgheitmomente – engl. principal moments).

Abbildung 23 Greifervermessung mit CATIA V5: Haupträgheitsmomente

Abbildung 24 Greifervermessung mit CATIA V5: Massenschwerpunkt

Abbildung 25 Eintragen der geometri-schen und physikalischen Greiferei-genschaften in das KUKA Teach-Pa-nel

Das Anlegen und Teachen eines Werkzeug-Koordinatensystems ermöglicht nicht nur ein bes-seres Handverfahren, wenn z.B. das Umorientierung um den TCP erforderlich ist, sondern auch eine definierte Orientierungsführung entlang der programmierten Trajektorie.

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Greiferkonzipierung - Praktische Umsetzung und Test

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Nun kann der Roboter programmiert werden, um die geplante Trajektorie unter Ansteue-rung der pneumatischen Ausgänge abzufahren. Da der im Labor der Hochschule Heilbronn vorhandene Aufbau der Roboterzelle nur einen verhältnismäßig kleinen Tisch beherbergt, wurde das Szenario 1 etwas abgeändert:

Abbildung 26 Reales Handhabungsszenario: Von der Vereinzelungsstation über die Prüfvor-richtung bis hin zu einem Gestänge zum Ablegen

Das Programm, geschrieben in der KUKA Robot Language (KRL), ist sehr einfach gehalten und gebraucht nur Standardbefehle, sowie eine simple Unterprogrammstruktur zum Schalten des Greifers. DEF Greifszenario( )

DECL E6AXIS HOME2

INI

PTP HOME Vel= 100 % DEFAULT

; Creating a second Home with correct orientation of

;the 6th axis

xHOME2=xHOME

xHOME2.a6=xHOME.a6+45

PTP HOME2 Vel=100 % PDAT1 CD

; Part 1: Picking up the gas pressure spring

OPEN_Prism_Gripper()

PTP Pabove_pick CONT Vel=100 % PDAT5 Tool[7]:AKdR_Prismengreifer_Gasf

Base[0] CD

LIN Ppick CONT Vel=0.1 m/s CPDAT1 Tool[7]:AKdR_Prismengreifer_Gasf Base[0]

CD

WAIT Time=1 sec

CLOSE_Prism_Gripper()

LIN Pabove_pick CONT Vel=2 m/s CPDAT3 Tool[7]:AKdR_Prismengreifer_Gasf

Base[0] CD

; Part 2: Placing gas spring into test control unit

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Greiferkonzipierung - Praktische Umsetzung und Test

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PTP Paboveplace CONT Vel=100 % PDAT7 Tool[7]:AKdR_Prismengreifer_Gasf

Base[0] CD

LIN Pplace Vel=0.1 m/s CPDAT2 Tool[7]:AKdR_Prismengreifer_Gasf Base[0] CD

WAIT Time=1 sec

OPEN_Prism_Gripper()

LIN Pbesidesplace Vel=0.1 m/s CPDAT5 Tool[7]:AKdR_Prismengreifer_Gasf

Base[0] CD

LIN Pbesides_place2 CONT Vel=2 m/s CPDAT4 Tool[7]:AKdR_Prismengreifer_Gasf

Base[0] CD

; Waiting for test control procedure

PTP HOME2 Vel=100 % PDAT2

; Picking up the gas pressure spring and

; threading it to the bar

PTP Pbesides_place2 CONT Vel=100 % PDAT12 Tool[7]:AKdR_Prismengreifer_Gasf

Base[0] CD

LIN Pbesidesplace CONT Vel=1 m/s CPDAT6 Tool[7]:AKdR_Prismengreifer_Gasf

Base[0] CD

LIN Pplace Vel=0.1 m/s CPDAT7 Tool[7]:AKdR_Prismengreifer_Gasf Base[0] CD

WAIT Time=1 sec

CLOSE_Prism_Gripper()

LIN Pabove_place Vel=0.1 m/s CPDAT8 Tool[7]:AKdR_Prismengreifer_Gasf

Base[0] CD

PTP Pb4destination CONT Vel=100 % PDAT11 Tool[7]:AKdR_Prismengreifer_Gasf

Base[0] CD

LIN Pdestination Vel=0.1 m/s CPDAT10 Tool[7]:AKdR_Prismengreifer_Gasf

Base[0] CD

; Moving Robot back to HOME-position

WAIT Time=1 sec

OPEN_Prism_Gripper()

LIN Pb4destination Vel=0.1 m/s CPDAT9 Tool[7]:AKdR_Prismengreifer_Gasf

Base[0] CD

PTP HOME2 CONT Vel=100 % PDAT13

PTP HOME Vel= 100 % DEFAULT

END

; Written by Moritz Boeker for KUKA Agilus KR6R900

; Heilbronn University, 08.12.2017

DEF CLOSE_Prism_Gripper( )

INI

OUT 7 'OUT_Ventil_1A' State=TRUE

OUT 10 'OUT_Ventil_1B' State=FALSE

END

DEF OPEN_Prism_Gripper( )

INI

OUT 7 'OUT_Ventil_1A' State=FALSE

OUT 10 'OUT_Ventil_1B' State=TRUE

END

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Greiferkonzipierung - Zusammenfassung und Ausblick

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9 Zusammenfassung und Ausblick

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dieses Laborprojekt einen guten Überblick über die

notwendigen Schritte zur Durchführung einer Handhabungsaufgabe gegeben hat, wie sie so

oder so ähnlich in einem professionell industriellen Umfeld erfolgen kann. Zu Anfangs wird

das zu handhabende Werkstück genau analysiert und anhand nutzbarer Greifflächen mögliche

Greifprinzipien, sowie Kraft- bzw. Formschlüsse erdacht. Daraufhin ist es notwendig, die zu

Erfüllung der Aufgabe erforderlichen Greifposen und Bewegungsabläufe abzusprechen bzw.

festzulegen. Anschließend kann ein Prototyp für die Greifbacken konzeptioniert und die auf-

tretenden Trägheitskräfte, -momente sowie Haltekräfte gemäß des Bewegungsablaufen be-

rechnet werden. Deren Ergebnisse wiederum grenzen das breite Spektrum an den auf dem

Markt erhältlichen Greifern ein, sodass eine begründete, und weder über- noch unterdimen-

sionierte Auswahl getroffen werden kann. Auf dieses Greifmodell werden die Greifbacken an-

gepasst und einem Festigkeitstest unterzogen. Zu guter Letzt erfolgt die praktische Umsetzung

im Sinne des Zusammenbaus und der Programmierung.

So habe ich alles in allem durch diese Laboraufgabe sehr viel lernen dürfen. Auch wenn kein

positiver Festigkeitsnachweis für die Greifbacken erbracht werden konnte, liegt nun ein Grei-

fer vor, mit dem für begrenzte Geschwindigkeiten und Beschleunigungen und einer festgeleg-

ten Trajektorie Gasdruckfeder zufriedenstellend gehandhabt werden können.

Um ein wirklich industriell taugliches Produkt zu erhalten, kann hieran nachfolgend ein weite-

rer Iterationsschritt angefügt werden, mittels dessen Verbesserungen hinsichtlich der Stabili-

tät, Festigkeit und Zuverlässigkeit erarbeitet werden.