STK-23: от скицата до прототипа – част I

Автор: Щилиана Кирова

 

От началото си през 60-те години на миналия век роботиката е изминала дълъг път, а днес роботизираните машини вече са неизменна част от живота на хората. С напредването и развитието на тези технологии се увеличават и очакванията към тях, и действията, които извършват.

 

На базата на проучване на пазара, както и на нуждите на индустрията и производството, беше разработен роботът STK-23 – ново поколение роботизиран хващач с три основни функции: интелигентен захват с регулируема сила на захващане, както и механизми за вертикално движение и въртене на обекта под прав линеен ъгъл.

 

Разработената концепция премина през етапите на създаване на идеен проект и конструиране на прототип на машината. Проектът за STK-23 достигна етап на реален макет, като по-голямата част от съставните му елементи са проектирани по индивидуален дизайн и са изработени чрез триизмерен печат. STK-23 разполага както с хардуерна, така и със софтуерна част за изпълнение на команди.

 

STK-23 в света на роботите – основните акценти

 

С напредъка в науката и технологиите и развитието им в посока роботизация и автоматизация използването на роботи става все по-популярно, а темата за автоматизиране на процесите в производството, както и при извършване на ежедневни дейности, е все по-актуална. Въз основа на феномена Индустрия 4.0, чиито цели са автоматизиране на процесите чрез изпълнението им от роботи, както и застъпената концепция за интелигентни фабрики, разработването на нови типове роботи и разпространението им бележат ръст.

 

Роботът STK-23 е създаден именно с тази цел – улесняване на производствените процеси и автоматизиране на използваната досега ръчна работа на поточните линии.

 

Акцентът на робота е интелигентният захват и способността му да регулира натиска, който прилага върху захванатия обект. Системата е подходяща за захващане както на крехки, така и на по-солидни предмети. Останалите две функции на робота, разпределени съответно в описаните по-долу "Модул 2" и "Модул 1", позволяват на робота както да се движи във вертикално направление, така и да се върти на 90 градуса и предопределят приложението му в производството и в частност – при успоредни поточни линии.

 

Иновативно е и управлението на робота чрез отдалечен достъп и Wi-Fi, което се вписва в концепцията за умни фабрики и не изисква достъп на хора в близост до машината. За подпомагане на коректното функциониране, както и за потвърждаване на приложимостта на робота в реални условия, е изработен и прототип на STK-23, който безпроблемно изпълнява функциите и на трите модула.

 

Закупените части са сведени до минимум, тъй като основните компоненти, използвани за изграждането на робота, са създадени по проект на авторите, в съответствие с изискванията във връзка с функционалността на робота. За да се тества и потвърди правилното изпълнение на функциите, бяха проведени и редица експерименти в лабораторни условия.

 

STK-23 е разработен и проектиран като дипломен проект за придобиване на бакалавърска степен по специалност "Мехатроника и информационни технологии" на немски език, като за неговото създаване частично са използвани технологии, предоставени от Немския факултет на ТУ-София.

 

Трите модула на робота – три части, формиращи едно цяло

 

Започвайки като концептуален проект, бе важно STK-23 преди всичко да се превърне във функционален робот. Въз основа на изследвания и проучване на различни видове роботи, разработени за нуждите на индустрията, в конструкцията на системата бяха заложени три функции, счетени за най-важни:

 

• Функция 1 – Хоризонтално въртеливо движение на 90 градуса;
• Функция 2 – Вертикално движение на хващача;
• Функция 3 – Затягане на детайл с помощта на регулируемо налягане.

Първоначалната концепция за конструкцията на машината STK-23 включва условното й разделяне на три модула, всеки от които се характеризира с определено действие и функция, като акцентът е върху интелигентния хващач.

 

Първият модул (Модул 1) се вписва в основната кутия на робота, в която се намират и първият от трите мотора, контролерът и голяма част от електрониката, която управлява робота. Този модул служи и за основа на системата, а функционално съдържа и механизма за извършване на 90-градусово завъртане.

 

Модул 2 е групата машинни елементи, които формират структурата за вертикално движение на машината. Основната част от тези детайли е разположена в цилиндрична кутия, която, подобно на основната кутия в Модул 1, служи като защитен корпус на механизма.

 

Основният акцент на робота STK-23 пада върху Модул 3, в който се намира и интелигентният хващач на робота. Той изпълнява основната функция на машината, а именно захващане на предмети с регулиран натиск. Този модул обхваща и сензора за налягане.

 

Използваните в процеса по конструиране на машината компоненти са разделени на две групи – стандартни и изработени по индивидуален дизайн.

 

Как скицата среща 3D принтирането

 

Дизайнът на елементите е персонализиран с оглед на функционалността, а изработката им се извършва на място – в лабораторията, предоставена от Немския факултет на ТУ-София. Това позволява гъвкави и навременни промени по проекта и коригиране на размерите според нуждите и цялостния изглед на конструкцията.

 

Процесът по проектирането и изработването на тези компоненти включва следните етапи:

 

• Стъпка 1 – Идеен проект на детайла във вид на условна скица;
• Стъпка 2 – Подготовка на двуизмерен чертеж на частта с програмата Solid Works;
• Стъпка 3 – Изработване на триизмерен модел на детайла с помощта на програмата Solid Works;
• Стъпка 4 – Изработване на детайла в реален вид и неговата подготовка за монтаж/сглобяване в структурата на робота.

За изработката на втората група детайли се използва методът 3D принтиране. Избрана е технологията за моделиране чрез разтопено отлагане поради няколко основни причини. Освен широкото си разпространение, този метод на печат спомага за по-бързата изработка на компонентите, като намалява и финансовия ресурс, необходим за закупуване на материали. Отпечатаните части имат достатъчно висока здравина и издръжливост, за да отговорят на нуждите на конструирания модел.

 

 

Сред подходящите материали за изработка на детайлите са ABS, PLA и техните смеси. Като се имат предвид силата и устойчивостта на полимлечната киселина и допустимото натоварване на съответните части в машината, именно тези материали се оказват най-удачен избор за частите на STK-23. Друго предимство е по-ниската температура на топене, което води и до намаляване на времето за изработка на детайлите.

 

Стандартните компоненти са избрани въз основа на изчисления и сравнение на характеристиките на частите с тези, които са най-подходящи за конструкцията на машината. Важно изискване е детайлите да не пречат на цялостното функциониране на робота. Стандартните компоненти се използват основно за електрическата част на робота, както и за неговото задвижване.

 

Как обаче "оживява" конструираната машина? Следва продължение…

 

 

Материал от поредицата "В кухнята на Robotics-Bulgaria.com"

Още от нея вижте тук.

 

/Снимки: TLL Media - "Дни на роботиката" '24, личен архив на инж. Щилиана Кирова/

 

 

 

Инж. Щилиана Кирова е почетен "робошеф" в премиерното издание на инициативата "В кухнята на Robotics-Bulgaria.com". Тя е на 24 години и има 24-каратова усмивка.

 

Родена и израснала е в Пещера, където вече я наричат "Повелителката на роботите" след успешното й участие в националното състезание "Дни на роботиката" '24 в ТУ-София и в нашата специализирана инициатива, посветена на медийните аспекти на роботизираните технологии.

 

Щилиана е завършила "Мехатроника и информационна техника" във Факултета за германско инженерно обучение и промишлен мениджмънт на Техническия университет в София, а отскоро вече е и магистър инженер. Освен роботите и мехатронните системи я вълнуват още много сфери и направления, включително изкуство, литература, пътешествия…

 

В рамките на инициативата "В кухнята на Robotics-Bulgaria.com" маг. инж. Кирова се представя и в ролята на автор на медийни публикации – на подбрани от нея интересни и актуални теми от света на роботиката.

 

Източник: TLL Media; автор: Щилиана Кирова

Ключови думи: STK-23   прототип   индустриален робот   робот хващач   интелигентен захват   3D принтиране   Индустрия 4.0  

Област: Роботика