HRP20200144A2 - Uređaj za aktivno upravljanje kontaktnom silom u postupcima obrade - Google Patents
Uređaj za aktivno upravljanje kontaktnom silom u postupcima obrade Download PDFInfo
- Publication number
- HRP20200144A2 HRP20200144A2 HRP20200144AA HRP20200144A HRP20200144A2 HR P20200144 A2 HRP20200144 A2 HR P20200144A2 HR P20200144A A HRP20200144A A HR P20200144AA HR P20200144 A HRP20200144 A HR P20200144A HR P20200144 A2 HRP20200144 A2 HR P20200144A2
- Authority
- HR
- Croatia
- Prior art keywords
- contact force
- tool
- flange
- force
- upper flange
- Prior art date
Links
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 17
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 6
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 4
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims description 4
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 claims description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 238000003754 machining Methods 0.000 abstract description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 8
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000012636 effector Substances 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
- B25J9/12—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric
- B25J9/123—Linear actuators
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
- B23Q15/007—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
- B23Q15/18—Compensation of tool-deflection due to temperature or force
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
- B23Q11/0032—Arrangements for preventing or isolating vibrations in parts of the machine
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
- B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
- B23Q17/0952—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining
- B23Q17/0966—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining by measuring a force on parts of the machine other than a motor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
- B23Q17/22—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work
- B23Q17/2233—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work for adjusting the tool relative to the workpiece
- B23Q17/2266—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work for adjusting the tool relative to the workpiece of a tool relative to a workpiece-axis
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
- B23Q5/22—Feeding members carrying tools or work
- B23Q5/34—Feeding other members supporting tools or work, e.g. saddles, tool-slides, through mechanical transmission
- B23Q5/38—Feeding other members supporting tools or work, e.g. saddles, tool-slides, through mechanical transmission feeding continuously
- B23Q5/40—Feeding other members supporting tools or work, e.g. saddles, tool-slides, through mechanical transmission feeding continuously by feed shaft, e.g. lead screw
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
- B25J11/005—Manipulators for mechanical processing tasks
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J13/00—Controls for manipulators
- B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
- B25J13/085—Force or torque sensors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J13/00—Controls for manipulators
- B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
- B25J13/088—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices with position, velocity or acceleration sensors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
- B25J15/0019—End effectors other than grippers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
- B25J19/0091—Shock absorbers
Abstract
Izum se odnosi na poboljšani uređaj za aktivno upravljanje kontaktnom silom. Na gornjoj prirubnici (11) ovog uređaja utvrđen je alat za obradu koji zadanom kontaktnom silom djeluje na predmet obrade. Svojom donjom prirubnicom (10), kao i prirubnicom koja se može montirati u radijalnom smjeru na kućište (20), uređaj je utvrđen za višeosni stroj koji vrši prostorno pomicanje samog uređaja. Uređaj se sastoji od kućišta (20) u kojem je smješten linearni aktuator vezan za vodilice (7, 7'). Mehanička veza između navojnog vretena (4) i gornje prirubnice (11) sadrži senzor sile (2) i barem jedan sferni zglob (1), pri čemu je veza između spomenutog sfernog zgloba (1) i gornje prirubnice (11) izvedena preko mehaničkog disipativnog elementa koji se sastoji od elastičnih disipativnih elemenata (12, 14) i disk pločice (13) smještene između njih. Mehanički disipativni element je integriran u gornju prirubnicu (11). U preferiranoj izvedbi, uređaj je opremljen inercijskim mjernim uređajem (15) pričvršćenim uz kućište (20) radi korekcije utjecaja gravitacije na aktivno upravljanje kontaktnom silom.The invention relates to an improved device for active contact force control. A processing tool is determined on the upper flange (11) of this device, which acts on the workpiece with a given contact force. With its lower flange (10), as well as the flange that can be mounted in a radial direction on the housing (20), the device is designed for a multi-axis machine that performs spatial movement of the device itself. The device consists of a housing (20) in which a linear actuator connected to the guides (7, 7 ') is located. The mechanical connection between the threaded spindle (4) and the upper flange (11) comprises a force sensor (2) and at least one spherical joint (1), the connection between said spherical joint (1) and the upper flange (11) being made via a mechanical dissipative element consisting of elastic dissipative elements (12, 14) and a disk plate (13) located between them. A mechanical dissipative element is integrated in the upper flange (11). In a preferred embodiment, the device is equipped with an inertial measuring device (15) attached to the housing (20) to correct the influence of gravity on the active control of the contact force.
Description
Područje izuma
Predmetni izum odnosi se na poboljšani uređaj za aktivno upravljanje kontaktnom silom u postupcima obrade. Uređaj prema izumu se na jednoj svojoj strani utvrđuje za višeosni stroj koji vrši prostorno pomicanje samog uređaja i pripadnog alata za obradu koji je prethodno utvrđen na drugoj strani ovog uređaja. Sam uređaj vrši aktivno upravljanje alatom, točnije kontaktnom silom alata na željeni predmet obrade. Područje tehnike kojem pripada ovaj izum odnosi se na manipulatore, naročito na programski upravljane manipulatore koji su karakterizirani upravljačkom petljom (eng. control loop), pomoću koje se reguliraju parametri kao što su sila, ili moment sile, u kombinaciji s regulacijom položaja alata. Drugo područje ovog izuma odnosi se na upravljanje numerički upravljanim sustavima, još specifičnije robotima ili robotskim rukama kod kojih se vrši aktivno upravljanje silom, ili se sila koristi kao referentni parametar.
Tehnički problem
Numerički upravljani obradni strojevi, roboti ili manipulatori čine osnovu industrije 3.0, a industrija 4.0 bez njih je nezamisliva. U svojoj primjeni spomenuti strojevi obavljaju vrlo specifične poslove, koji inter alia uključuju i problem aktivnog upravljanja silom. Ovaj problem posebno se javlja, ali nije ograničen, u poslovima gdje je alat za obradu izabran iz skupine koju čine: alat za poliranje, alat za brušenje, alat za bušenje, alat za glodanje, alat za pjeskarenje, alat za slaganje ili alat za elektrokemijsku obradu. Roboti, robotske ruke i drugi višeosni strojevi na koje bi se izravno postavljali gore pobrojani alati za obradu ne bi u cijelosti bili pogodni za izvođenje željenih poslova. Naime, zbog svoje tromosti koja proizlazi iz geometrije stroja i aktuatorskih ograničenja, takvi višeosni strojevi ne mogu u realnom vremenu aktivno upravljati silom ili drugim fizikalnim parametrima željenom točnošću. Štoviše, javljaju se i nezgodne pojave oscilacija u sustavu upravljačke petlje koje je nemoguće izbjeći. Uočeni problem rješava se zasebnim uređajem za aktivno upravljanje kontaktnom silom u postupcima obrade, a koji se fizički nalazi smješten između alata i prirubnice višeosnog stroja – recimo, robotske ruke. Osnovne uloge tog uređaja jesu: što točnije mjeriti kontaktnu silu alata i istu svoditi na zadanu veličinu potrebnu pri nekoj obradi primjenom upravljačke petlje.
Za očekivati je da takav uređaj posjeduje linearni aktuator za upravljanje silom izveden kao mehanički ili električni tip aktuatora, te zglobno aksijalno postavljen jedan senzor sile ili više njih za aksijalno očitanje primijenjene sile kod obrade. Takav uređaj posjeduje i upravljačku logiku koja u spomenutoj vezi senzor-aktuator upravlja kontaktnom silom koju generira aktuator. Zbog svojih manjih fizičkih dimenzija, te korištenja mono-aksijalnih aktuatora, prosječan stručnjak područja očekivao bi da su svi problemi vezani uz precizno mjerenje sile, prigušenje oscilacija sustava i brzo postizanje referentne vrijednosti sile riješeni. Praksa ipak pokazuje nešto sasvim drugo.
Prvi tehnički problem koji se rješava predmetnim izumom odnosi se na točno očitanje primijenjene aksijalne sile jednim senzorom sile. Naime, modeli i izvedbe pokazuju da izravna veza: vreteno aktuatora – senzor sile – prirubnica alata ipak dovodi do sila u sustavu koje nisu samo aksijalnog tipa. Kako bi se mjerile samo aksijalne komponente primijenjene sile na alat za obradu, u predmetni izum ugrađuje se jedan ili dva dodatna sferna zgloba koji priječe očitanja neaksijalnih sila i otklanjaju negativne efekte savijanja i torzijske napetosti na sam ugrađeni senzor sile u uređaju prema izumu.
Drugi tehnički problem koji se rješava predmetnim izumom odnosi se na uklanjanje naglih oscilacija sile u upravljačkoj petlji. Naime, svaki sustav upravljan s povratnom vezom može doći u rezonantna stanja koja je teško predvidjeti. Ovdje treba imati na umu da se uređaj prema predmetnom izumu ne konstruira za neki određeni tip alata za obradu – već se radi o sasvim univerzalnom uređaju za bilo koji tip alata. Iz tog razloga sve komponente koje sudjeluju u petlji: inercijske mase i mehaničke veze, nije moguće prilagoditi niti dimenzionirati na način da prigušuju neželjene oscilacije sustava. Prethodno rečeno naročito dolazi do izražaja kod obrada površina koje nisu ravne, recimo pri obradi zakrivljenih ili stepenastih površina limova u autoindustriji i slično, kada senzor sile na naglim promjenama zakrivljenosti površina zaprima ekstremna očitanja i značajne derivacije sile u vremenu. Kako bi se spriječilo da upravljačka petlja prima seriju informacija sa senzora koje nisu upotrebljive za numeričku obradu i unose značajne probleme u logiku sustava, uvedene su modifikacije u mehaničku vezu. Naime, u mehaničku vezu: vreteno aktuatora – senzor sile – sferni zglob dodan je još i – mehanički disipativni element čija uloga je da mehanički priguši nagle promjene pri očitanju sile na senzoru sile i time spriječi oscilacije sustava.
Ovdje treba imati na umu da modifikacije koje proizlaze iz prvog i drugog tehničkog problema djeluju u konačnici sinergijski na aktivno upravljanje kontaktnom silom ovog uređaja. To se očituje u većoj brzini obrade površina koje je potrebno obraditi alatom za obradu i u izbjegavanju konfliktnih situacija u programskoj petlji dužim uzorkovanjem očitane sile kako bi se ustanovila faktična sila alata pri obradi. Možemo reći da se mehanički disipativni element ponaša jednim dijelom kao niskopropusni filtar unutar upravljačke petlje.
Treći tehnički problem koji je evidentiran u razvojnom procesu također se blisko naslanja na prethodna dva. Zbog spomenute univerzalnosti teško je reći „kakav“ alat će točno biti vezan za uređaj i „kakav“ višeosni stroj ili robotska ruka će nositi uređaj za aktivno upravljanje kontaktnom silom. Nadalje, pri upravljanju uređajem sasvim je izvjesno da njegova pozicija pri obradi također utječe na očitanja senzora sile. To se posebno uočava u ekstremnim slučajevima; recimo pri obradi iste površine s njezine gornje i donje strane. Utjecaj gravitacije na sustav uređaj-alat je značajan, te je potrebno izvršiti korekciju upravljanja silom, osobito kod upravljanja malim silama u odnosu na težinu alata. Položaj u prostoru sustava uređaj-alat moguće je očitati i iz upravljačkog sustava višeosnog stroja ili robotske ruke koja nosi sustav uređaj-alat. No, to najčešće zadire u autonomnu programsku logiku višeosnog stroja pa ekstrakcija pozicije i orijentacije alata u prostoru nije jednostavan proces za eksperta područja. Štoviše, ti su podaci često nepristupačni (zaključani) krajnjem korisniku ili se ne mogu dohvatiti u zadovoljavajuće kratkom vremenskom intervalu. Potreba za takvom ekstrakcijom komplicira povezivanje uređaja prema predmetnom izumu i višeosnog stroja, te umanjuje prethodno naglašenu univerzalnost. Ovaj tehnički problem riješen je korištenjem autonomnog inercijskog mjernog uređaja koji služi za određivanje orijentacije samog uređaja za aktivno upravljanje kontaktnom silom u gravitacijskom polju radi korekcije primijenjene sile u realnom vremenu s obzirom na težinu alata.
Premda rješenje zadnjeg tehničkog problema izgleda na prvi pogled odvojeno od prethodna dva tehnička problema, njegovo rješenje, zajedno sa prethodna dva problema doprinosi univerzalnoj upotrebi spomenutog uređaja za aktivno upravljanje kontaktnom silom i čini isti kompaktnim i robusnim za upotrebu.
Prethodno stanje tehnike
U kratkom pregledu stanja tehnike osvrnut ćemo se na neka tipična tehnička rješenja u području uređaja za aktivno upravljanje kontaktnom silom.
U radu autora: Mohammad, A. E. K., Hong, J., & Wang, D.: DESIGN OF A FORCE-CONTROLLED END-EFFECTOR WITH LOW-INERTIA EFFECT FOR ROBOTIC POLISHING USING MACRO-MINI ROBOT APPROACH, Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, (2017) 49, 54–65. doi:10.1016/j.rcim.2017.05.011 opisuje se standardni i napredni dizajn uređaja za aktivno upravljanje silom. Ovaj rad predstavlja jedan od mogućih pristupa za smanjenje inercije alata za obradu na način da se pogon takvog alata smješta bliže višeosnom stroju, a linearni aktuator koristi šuplji rotor za prijenos momenta na uređaj za poliranje. Ovaj dokument predstavlja opće stanje tehnike.
Dobar pregled linearnih aktuatora i dijelova koji se na njih standardno priključuju dan je u katalogu tvrtke Parker Hannifin koji je moguće naći na stranicama:
https://www.parker.com/Literature/Electromechanical%20Europe/Literature/192_550017_ETH_Catalog.pdf
Iz ovog kataloga razvidno je da su aksijalni senzori sile, vodilice i spojnice za prilagodbu kuta (eng. alignment couplers) oko linearnih aktuatora izvedenih sa servo-motorom i navojnim vretenom s maticom industrijski standard i predstavljaju opremu razvijenih linearnih aktuatora. Također treba istaknuti da se u navedenom dokumentu ne spominje upotreba mehaničkih disipativnih elemenata, kao i upotreba sfernih zglobova za kvalitetnije očitanje senzora sile, bez obzira što konstrukcijski sferni zglobovi i spojnice za prilagodbu imaju mnogo zajedničkih elemenata i manjim dijelom se preklapaju u upotrebi.
Njemački korisni model objavljen kao DE202014104735 za izum: ELEKTROZYLINDER MIT EINER VORRICHTUNG ZUM ERFASSEN DER LAST, podnesen u ime EUROSEI S R L, IT; otkriva standardnu praksu aksijalnog postavljanja senzora sile na električni aktuator pogonjen servo-motorom i navojnim vretenom.
Prvi konkretan, autonoman i iskoristiv uređaj za aktivno upravljanje kontaktnom silom prikazan je u EP patentu objavljenom kao EP2686142B1 za izum: ACTIVE HANDLING APPARATUS AND METHOD FOR CONTACT TASKS, podnesen u ime FerRobotics Compliant Robot Tech GmbH, AT. Specifičnost ovog tehničkog rješenja je korištenje pneumatsko-hidrauličnog aktuatora za aktivno upravljanje kontaktnom silom, gdje se čini da upravo taj dio ujedno predstavlja i elastični član sustava koji uklanja nagle oscilacije u sili. Treba reći da se predmetni dokument ne osvrće na taj tehnički problem koji se posljedično rješava primjenom pneumatsko-hidrauličnog aktuatora; kako piše u prvom patentnom zahtjevu: statičkim i bez trenja podesivim elementom, primjerice pneumatskim cilindrom ili pneumatskim mijehom.
Poboljšana verzija prethodnog izuma elaborirana je kasnije u US prijavi patenta objavljenoj kao US2019/0232502A1 za izum: MACHINE TOOL FOR ROBOT-ASSISTED SURFACE FINISHING, istog nositelja prava FerRobotics Compliant Robot Tech GmbH, AT. Razmišljanja u toj prijavi patenta na tragu su promišljanja iz rada Mohammad, A. E. K. i drugih, ovdje prva referenca, gdje se razmišlja o smještaju pogona alata na način da isti bude što je moguće bliže spoju sa višeosnim strojem, recimo robotom. U paragrafu [0031] iste prijave patenta možemo vidjeti da izumitelji prednost daju pneumatskim linearnim aktuatorima nad električnim, no ne isključuju primjenu ovih zadnjih. Ovaj dokument ne poučava o korištenju senzora položaja, predmnijevajući da se položaj očitava iz položaja samog višeosnog stroja, kao što je npr. robot ili robotska ruka.
US patent objavljen kao US 9,796,082 za izum: SERIES ELASTIC ACTUATORS FOR ROBOTS AND ROBOTIC DEVICES, podnesen u ime Carnegie Mellon University Center for Technical Transfer & Enterprise, US poučava o korištenju jednog ili više mehaničkih elastičnih elemenata, smještenih između dva metalna prstena za povezivanje dijelova višeosnih strojeva i amortizaciju dijelova robotskih modula, posebno s obzirom na momente sile kod rotacijskih gibanja. Premda se u samom dokumentu spominje aktivno upravljanje silom, ovaj dokument šuti o problemima koji iz tog proizlaze. Nadalje, ovaj dokument koristi seriju elastičnih aktuatora koji su konstrukcijski sasvim različiti od mehaničkog disipativnog elementa kakav se koristi u predmetnom izumu.
US patent objavljen kao US 9,636,827 za izum: ROBOT SYSTEM FOR PERFORMING FORCE CONTROL, podnesen u ime nositelja prava Fanuc Corporation, JP poučava o kontroli uređaja za aktivno upravljanje silom pri obradi. Specifičnost zbog koje je selektiran ovaj dokument proizlazi iz činjenice da je i senzor sile i senzor položaja ugrađen u uređaj opisan u predmetnom patentu. U dokumentu se nigdje ne navodi problem mjerenja aksijalne sile i potreba za korištenjem mehaničkog disipativnog elementa u sustavu.
Pregledom ovdje navedenih dokumenata stanja tehnike, prosječan stručnjak područja može zaključiti da je predmetni izum u cijelosti nov prema citiranom stanju tehnike. Nadalje, sinergijski učinak sfernih zglobova i mehaničkog disipativnog elementa upotpunjen inercijskim mjernim uređajem radi korekcije primijenjene sile na površinu čini se da nije očigledan prosječnom stručnjaku područja. To je posebno vidljivo ako se koriste pneumatski aktuatori koji po svojoj konstrukciji već služe kao intrinzični mehanički disipativni elementi. Isto tako, čini se da stručnjaci FerRoboticsa u US2019/0232502A1 ipak daju prednost pneumatskom rješenju iz razloga što su uvidjeli probleme primjene električnih aktuatora - ovdje iznesenih i diskutiranih u prethodnom poglavlju. Štoviše, moguće je i redefinirati tehnički problem koji se rješava predmetnim izumom na način da se postojeći pneumatski sustavi u primjeni, a pobrojani u stanju tehnike, nadograde na način da se zamijeni pneumatski dio jednako djelatnim i dostupnijim električno pogonjenim aktuatorima. No, da bi upravljanje silom ostalo isto ili postalo bolje i bez neželjenih rezonantnih pojava u sustavu upravljanja, trebalo bi dodatno implementirati tehnička rješenja ovog predmetnog izuma.
Bit izuma
Predmetni izum odnosi se na uređaj za aktivno upravljanje kontaktnom silom u postupcima obrade. Na njegovu gornju prirubnicu utvrđen je alat za obradu koji zadanom kontaktnom silom djeluje na predmet obrade. Za njegovu donju prirubnicu, izvedenu na kućištu, utvrđuje se prirubnicu izabranog višeosnog stroja koji vrši prostorno pomicanje samog uređaja, a time i alata za obradu. Sam uređaj za upravljanje kontaktnom silom sastoji se od:
- linearnog aktuatora, ugrađenog u kućište, s vretenom koje je barem jednom polugom klizno vezano za barem jednu linearnu vodilicu utvrđenu u spomenuto kućište svojim jednim krajem, a gdje spomenuta linearna vodilica ili više takvih vodilica ograničavaju gibanje vretena na gibanje isključivo uzduž linearne osi pomaka spomenutog linearnog aktuatora; gdje su jedna ili više vodilica vezane mehaničkom vezom svojim kliznim krajem za gornju prirubnicu; a
- gdje je mehanička veza vretena i gornje prirubnice dodatno opremljena senzorom sile koji mjeri silu kojom linearni aktuator djeluje na gornju prirubnicu, a time i na spomenuti alat za obradu.
Uređaj prema predmetnom izumu karakterističan je po tome što:
- je spomenuta mehanička veza vretena i gornje prirubnice ostvarena tako da se između senzora sile i prirubnice nalazi smješten prvi sferni zglob i mehanički disipativni element, dok je, opcijski, drugi sferni zglob smješten između senzora sile i vretena; pri čemu je uloga spomenutih sfernih zglobova omogućavanje preciznog očitanja primijenjene aksijalne sile na senzoru koju vrši linearni aktuator na prirubnicu, a na način da se isključe opterećenja koja nisu aksijalna; te
- gdje se spomenuti mehanički disipativni element sastoji od gornjeg elastičnog disipativnog elementa i donjeg elastičnog disipativnog elementa između kojih se nalazi postavljena disk pločica na koju je izravno mehanički vezan sferni zglob, dok su oba elastična disipativna elementa utvrđena unutar prirubnice na način da je spomenuta disk pločica, vezana za sferni zglob, jedina mehanička veza između senzora sile i spomenute gornje prirubnice; pri čemu je uloga elastičnih disipativnih elemenata da mehanički priguše nagle promjene u očitanju kontaktne sile na senzoru sile.
U preferiranoj izvedbi prema predmetnom izumu, spomenuti uređaj dodatno je opremljen inercijskim mjernim uređajem pričvršćenim uz kućište čija se očitanja orijentacije kućišta koriste za korekciju utjecaja gravitacije na aktivno upravljanje kontaktnom silom u realnom vremenu.
U jednoj od varijanti prema izumu, uređaj je izveden sa samo prvim sfernim zglobom smještenim između senzora sile i mehaničkog disipativnog elementa ugrađenog u prirubnicu.
U preferiranoj izvedbi prema predmetnom izumu linearni aktuator izveden je pomoću aksijalno postavljenog servo-motora koji je opremljen enkoderom i/ili rezolverom radi preciznog očitanja pozicije i rotacije njegovog rotora. Spomenuti rotor mehanički je vezan za maticu kugličnog navojnog vretena u koju je umetnuto odgovarajuće vreteno. Sklop vretena i matice pretvara rotacijsko gibanje rotora servo-motora u linearno gibanje navojnog vretena čime se izravno djeluje na silu na gornjoj prirubnici. Prema jednoj varijanti, spomenuti servo-motor je povezan sa sklopom šupljeg navojnog vretena i matice što omogućava provlačenje električnih i/ili hidrauličkih veza za pokretanje i upravljanje alatom za obradu kojem treba upravljanje kontaktnom silom, te koji je utvrđen na gornjoj prirubnici uređaja.
U daljnjim varijantama prema predmetnom izumu, uređaj za aktivno upravljanje kontaktnom silom opremljen je donjom prirubnicom, kao i eventualnom dodatnom prirubnicom koja se opcijski može montirati u radijalnom smjeru na kućište. Ovakve prirubnice omogućavaju da mehanička veza s višeosnim strojem ima mogućnost postavljanja predefiniranog kuta nagiba u odnosu na definiranu glavnu os spoja uređaja s višeosnim strojem.
Predmetni izum preferirano je namijenjen, ali bez ograničenja na samu namjenu, za korištenje u postupcima gdje je alat za obradu izabran iz skupine koju čine: alat za poliranje, alat za brušenje, alat za bušenje, alat za glodanje, alat za pjeskarenje, alat za slaganje ili alat za elektrokemijsku obradu. U jednoj od varijanti prema izumu, pod pojmom višeosni stroj podrazumijeva se stroj izabran iz skupine koju čine numerički upravljani obradni strojevi, roboti ili manipulatori. Prosječan stručnjak područja bez poteškoća će moći pretpostaviti i izvesti neke druge moguće primjene ovog izuma definiranog patentnim zahtjevima.
Opis crteža
Predmetni izum prikazan je crtežima 1-3. Crtež 1 predstavlja izometrijski prikaz uređaja kod kojeg je električni linearni aktuator i mehanički disipativni element prikazan u djelomičnom presjeku.
Crtež 2 prikazuje izvedbu kod koje je vreteno aktuatora povezano preko senzora sile i sfernog zgloba za mehanički disipativni element smješten u gornjoj prirubnici, a sve je prikazano u presjeku.
Crtež 3 prikazuje izvedbu kod koje je vreteno aktuatora povezano preko dodatnog sfernog zgloba, senzora sile i osnovnog sfernog zgloba za mehanički disipativni element smješten u gornjoj prirubnici, a sve je prikazano u presjeku.
Detaljan opis izuma
Predmetni izum, kako će biti ovdje opisan detaljnije, izveden je u svojoj preferiranoj verziji s električnim aktuatorom. Prosječan stručnjak područja mogao bi aktuator prema predmetnom izumu bez poteškoća zamijeniti i nekim drugim, primjerice hidrauličkim aktuatorom ukoliko se za to ukaže potreba.
Predmetni izum prikazan je na crtežu 1. U kućište (20), cilindričnog oblika, ali nije uvjet, smješten je servo-motor (8) [npr. RoboDrive Hollow Shaft Motor RDU85X13-HW STD VSS proizvođača TQ Co.] s integriranim enkoderom i/ili rezolverom (9). Uloga enkodera i/ili rezolvera (9) je dojavljivanje točnog broja okretaja i položaja rotora (6) spomenutog servo-motora vanjskoj jedinici koja vrši kontrolu ovog uređaja. Kao dio koji pretvara rotacijsko gibanje rotora (6) u linearno gibanje odabrano je kuglično navojno vreteno (4) s maticom (5) (eng. ball screw nut) radi smanjenja trenja. Takav sklop je dobro poznat u stanju tehnike. No, moguće je primijeniti i druga tehnička rješenja sličnog tehničkog učinka koja rotacijsko gibanje pretvaraju u linearno gibanje. Prosječan stručnjak područja odmah će shvatiti da izbor navojnog vretena (4) i njegove matice (5), te izbor servo-motora (8) definiraju svojstva ovog električnog linearnog aktuatora; naročito brzinu, akceleraciju, područje primjene – kontaktnu silu, itd.
Za pouzdani prijenos sile s lineranog aktuatora, konkretno vretena (4) na željeni alat, potrebno je iskoristiti i druge strojne elemente. Predmetni izum naročito je pogodan za korištenje s alatima za obradu izabranim iz skupine koju čine: alat za poliranje, alat za brušenje, alat za bušenje, alat za glodanje, alat za pjeskarenje, alat za slaganje ili alat za elektrokemijsku obradu.
Prema predmetnom izumu, prethodno spomenuti alat za obradu utvrđuje se aksijalno i rastavljivo na gornju prirubnicu (11) na neki od načina poznatih u stanju tehnike, recimo stezanjem vijcima. Na gornju prirubnicu (11) vijkom ili drugačije pričvršćena je barem jedna vodilica (7, 7') svojim pokretnim dijelom na način kako je to prikazano na crtežu 1, gdje je presjek gornje prirubnice (11) napravljen upravo na tim mjestima spajanja. Vodilice (7, 7') svojim stacionarnim dijelom utvrđene su u kućište (20) i njihova uloga je kompenzirati radijalne sile koje mogu nastati na prirubnici (11) tijekom obrade alatom. Prema preferiranoj izvedbi, navojno vreteno (4) spojeno je polugom navojnog vretena (3) za barem jednu vodilicu (7, 7') kliznim spojem (3.1) koji omogućava nezavisno klizanje tog spoja (3.1) uzduž same vodilice (7'). Na ovaj način vodilice (7, 7') ne sudjeluju u prijenosu aksijalne sile s navojnog vretena (4) na prirubnicu (11). Polugom navojnog vretena (3) istovremeno se sprječava prijenos rezidualnog momenta na mehanički sklop sa senzorom sile (2).
Na kućištu (20) nalazi se s donje strane izvedena prirubnica (10) koja omogućava da se uređaj iz predmetnog izuma poveže s višeosnim strojem. Bez obzira što je donja prirubnica (10) prikazana kao disk na crtežu 1, ista može biti izvedena i nešto kompleksnije, primjerice u obliku šarke koje omogućava utvrđivanje takve modificirane donje prirubnice (10) s višeosnim strojem pod predefiniranim kutom nagiba u odnosu na definiranu glavnu os spoja uređaja s višeosnim strojem. U jednoj od varijanti prema izumu, na kućište (20) može se postaviti i dodatna prirubnica, koja nije nacrtana na crtežu 1, a koja također omogućava čvrstu mehaničku vezu s višeosnim strojem u predefiniranom kutu nagiba u odnosu na definiranu glavnu os spoja uređaja s višeosnim strojem. Kako je ranije spomenuto, višeosni stroj prema predmetnom izumu najčešće podrazumijeva numerički upravljani obradni stroj, robot ili manipulator.
S obzirom na prethodno definirane tehničke probleme, za predmetni izum posebno je važno korigirati djelovanje gravitacije. U tom smislu, s vanjske strane kućišta (20), vidjeti crtež 1, utvrđen je inercijski mjerni uređaj (IMU) (15). Njegova uloga je dojavljivati točnu orijentaciju kućišta (20) u odnosu na predmet obrade kako bi upravljačka logika mogla uračunati i korigirati djelovanje gravitacije, odnosno težine alata na konačan iznos aktivno upravljane kontaktne sile. To je osobito važno u situacijama u kojima je potrebno regulirati malu silu u odnosu na težinu alata. U predmetnom izumu može se koristiti bilo koji IMU [npr. BOSCH BNO055] dostupan na tržištu.
Relevantan dio izuma prikazan je na crtežima 2 i 3; a odnosi se na prijenos sile s navojnog vretena (4) na gornju prirubnicu (11) kojim se rješavaju ranije pobrojani tehnički problemi. Crtež 2 prikazuje varijantu s jednim sfernim zglobom koju ćemo prvu razmotriti. Mehanička veza, uz korištenje kratice MDE za mehanički disipativni element, formirana je na slijedeći način:
navojno vreteno (4) s maticom (4.1) => senzor sile (2)
=> sferni zglob (1) => MDE => prirubnica (11)
Senzor sile (2) uobičajeni je senzor sile u području [npr. Force transducer U9C tvrtke Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, DE]. Svojim donjim krajem - donjim usatkom senzora (2.2) utvrđen je preko navoja i matice (4.1) u vreteno (4) što omogućava isključivo translacijsko gibanje senzora (2). S druge pak strane, senzor sile (2) je svojim gornjim dijelom, gornjim usatkom (2.1) ugniježđen u sferni zglob (1), točnije u okretne elemente zgloba u čašici (1.3).
Kao sferni zglob (1) može se iskoristiti sferni zglob tvrtke Myostat Motion Control Inc. iz serije SR, velike izdržljivosti i mikronske zračnosti, gdje su elementi zgloba u čašici (1.3) opremljeni kuglicama koje kližu unutar čašice zgloba (1.2). Ovakav sferni zglob (1) čini pouzdanu mehaničku vezu senzora sile (2) i samog sfernog zgloba (1), malog trenja i neznatne zračnosti koja bi negativno utjecala na rad uređaja. U varijanti prikazanoj na crtežu 2, sferni zglob (1) utvrđen je vijkom (1.1) za disk pločicu (13) mehaničkog disipativnog elementa (MDE) i nigdje drugdje. Uloga sfernog zgloba (1) je da anulira negativne efekte savijanja i torzijske napetosti na sam ugrađeni senzor sile (2) u ovoj izvedbi uređaja prema izumu.
Mehanički disipativnni element (MDE) formiran je iz spomenute disk pločice (13) i dva disipativna elastična elementa (12, 14). Gornji disipativni element (12) i donji disipativni element (14), prema predmetnom izumu, izvedeni su od polimernog materijala, npr. Poron XRD 12236 proizvođača Rogers Corp. [gustoće 192,22 kg/m3; tvrdoće 19 Shore O; CFD 6-36 kPa; vlačne čvrstoće 207 kPa; zaderne čvrstoće 0,9 kN/m], zbog dinamike prigušenja.
MDE je konstruiran na način da je disk pločica (13) u sendviču spomenutih elastičnih disipativnih elemenata (12, 14) i ponaša se kao klip u stlačivom viskoznom mediju. Donji disipativni element (14), prema varijanti u predmetnom izumu, utvrđen je pločom donjeg elastičnog disipativnog elementa (11.2) u svom položaju u gornjoj prirubnici (11). Na sličan način, ploča gornjeg elastičnog disipativnog elementa (11.1) utvrđuje gornji disipativni element (12). Stezni vijak (11.3) utvrđuje sve pobrojane ploče (11.1, 11.2), elastične disipativne elemete (12, 14) i disk pločicu (13) unutar prirubnice (11). Uloga cijelog mehaničkog disipativnog elementa (MDE) formiranog na ovaj način je da priguši nagle promjene u očitanju kontaktne sile na senzoru sile (2) što konkretno vrše dva disipativna elastična elementa (12, 14) koji definiraju karakteristike prigušenja MDE-a. Prosječan stručnjak područja mogao bi formirati i skup ekvivalentnih tehničkih rješenja kojima je cilj prigušenje naglih oscilacija sile.
U drugoj varijanti predmetnog izuma, prikazanog na crtežu 3, dodan je još jedan sferni zglob (1') na poziciju između navojnog vretena (4) i senzora sile (2). Sve oznake ovog drugog sfernog zgloba označene su crticom (') uz reference, a radi lakšeg snalaženja. Prosječan stručnjak područja iskoristit će, vjerujemo, isti sferni zglob (1) za vezu s gornjom prirubnicom (11) – no to ne mora biti slučaj i u samoj praksi. Uloga dva sferna zgloba je dodatno poboljšanje u segmentu poništavanja negativnih efekata savijanja i torzijske napetosti. U ovoj varijanti prema crtežu 3, matica (4.1) zamijenjena je izravno čvrstom vezom s okretnim elementima zgloba u čašici (1.3') na koje je vezan donji usadak senzora sile (2.2). Na taj način ostvaruje se veza:
navojno vreteno (4) => sferni zglob (1') => senzor sile (2) =>
=> sferni zglob (1) => MDE => prirubnica (11)
Predmetna varijanta, opisana gore, povoljna je za korištenje kod većih iznosa sila kojima se aktivno upravlja u postupcima obrade, npr. > 2kN, kada na kućište (20) mogu djelovati značajnije radijalne sile koje mogu dovesti do pogrešnih očitanja senzora sile (2).
U još jednoj varijanti prema izumu na krajeve pomičnog dijela vodilica (7, 7'), a koji se nalaze okrenuti od prirubnice (11), mogu se ugraditi elastični elementi vodilica (7.1, 7.1'), recimo napravljeni od elastomera, kojima je uloga prigušenje mehaničkih udara pri vraćanju prirubnice (11) u najniži položaj unutar uređaja. Takvi neželjeni događaji mogu se dogoditi zbog niza nepredviđenih situacija, gdje je svakako najčešća pogreška operatera. Spomenuti elastični elementi (7.1, 7.1'), izvedeni primjerice kao diskovi, mogu biti smješteni na pomičnom dijelu vodilica (7, 7'), na dnu nepomičnog dijela vodilica (7, 7') utvrđenom u kućište (20), ili na oba dijela vodilica (7, 7'). Na ovaj način omogućava se dugovječnost konstrukcije samog uređaja pri eksploataciji.
U ovom dokumentu nisu spomenuti problemi podmazivanja aktuatorskog dijela uređaja, recimo navojnog vretena (4) i matice (5), vodilica (7, 7'), sfernih zglobova (1, 1') iz razloga što će prosječan stručnjak područja samostalno prepoznati kritične elemente koji trebaju podmazivanje. U ovom dokumentu isto tako nisu spomenuti načini upravljanja uređajem i rješavanja konfliktnih situacija u upravljačkoj petlji, što svakako predstavlja tehnički problem za sebe i specifičan je za svaki dizajnirani hardver.
Industrijska primjenjivost
Industrijska primjenjivost predmetnog izuma je očigledna. Ovaj izum omogućava korištenje linearnih električnih aktuatora u uređajima za aktivno upravljanje kontaktnom silom u postupcima obrade koji su do sada bili rezervirani u ozbiljnoj primjeni isključivo za pneumatske sustave zbog problema oscilacija u sustavima upravljačke petlje.
Reference
1, 1' sferni zglob
1.1, 1.1' pritezni vijak
1.2, 1.2' čašica zgloba
1.3, 1.3' okretni elementi zgloba u čašici
2 senzor sile
2.1 gornji usadak senzora sile
2.2 donji usadak senzora sile
3 poluga navojnog vretena
3.1 čvrsti spoj na vodilicu
4 kuglično navojno vreteno (KNV)
4.1 matica
5 matica navojnog vretena
6 rotor servo-motora
7, 7' linearna vodilica
7.1, 7.1' elastični element vodilice
8 servo-motor sa šupljim rotorom
9 enkoder ili rezolver servo-motora
10 donja prirubnica za aksijalno stezanje uređaja na višeosni stroj
11 gornja prirubnica - za aksijalno stezanje alata na uređaj
11.1 ploča gornjeg elastičnog disipativnog elementa
11.2 ploča donjeg elastičnog disipativnog elementa
11.3 stezni vijak
12 gornji elastični disipativni element
13 disk pločica
14 donji elastični disipativni element
15 inercijski mjerni uređaj
20 kućište
Claims (8)
1. Uređaj za aktivno upravljanje kontaktnom silom u postupcima obrade:
- na čiju je gornju prirubnicu (11) utvrđen alat za obradu koji zadanom kontaktnom silom djeluje na predmet obrade; a
- koji se svojom donjom prirubnicom (10), izvedenom na kućištu (20), utvrđuje za izabrani višeosni stroj koji vrši prostorno pomicanje samog uređaja, a time i alata za obradu;
gdje se uređaj za upravljanje kontaktnom silom sastoji od:
- linearnog aktuatora, ugrađenog u kućište (20), s vretenom (4) koje je barem jednom polugom (3) klizno vezano za barem jednu linearnu vodilicu (7, 7') utvrđenu u spomenuto kućište (20) jednim krajem, a gdje spomenuta linearna vodilica (7) ili više takvih vodilica (7, 7') ograničavaju gibanje vretena (4) na gibanje isključivo uzduž linearne osi pomaka spomenutog linearnog aktuatora, gdje su jedna ili više vodilica (7, 7') vezane mehaničkom vezom svojim kliznim krajem za gornju prirubnicu (11); te
- gdje mehanička veza vretena (4) i gornje prirubnice (11) dodatno sadrži senzor sile (2) koji mjeri silu kojom linearni aktuator djeluje na gornju prirubnicu (11), a time i na spomenuti alat za obradu;
naznačen time:
- da je spomenuta mehanička veza vretena (4) i gornje prirubnice (11) ostvarena tako da se između senzora sile (2) i prirubnice (11) nalazi smješten prvi sferni zglob (1) i mehanički disipativni element, dok je, opcijski, drugi sferni zglob (1') smješten između senzora sile (2) i vretena (4); pri čemu je uloga sfernih zglobova (1, 1') omogućavanje preciznog očitanja primijenjene aksijalne sile na senzoru (2) koju vrši linearni aktuator na prirubnicu (11), na način da se isključe opterećenja koja nisu aksijalna;
- gdje se spomenuti mehanički disipativni element sastoji od gornjeg elastičnog disipativnog elementa (12) i donjeg elastičnog disipativnog elementa (14) između kojih se nalazi postavljena disk pločica (13) na koju je mehanički vezan sferni zglob (1), dok su oba elastična disipativna elementa (12, 14) utvrđena unutar prirubnice (11) na način da je spomenuta disk pločica (13), vezana za sferni zglob (1), jedina mehanička veza između senzora sile (2) i spomenute gornje prirubnice (11); pri čemu je uloga elastičnih disipativnih elemenata (12, 14) da mehanički priguše nagle promjene u očitanju kontaktne sile na senzoru sile (2).
2. Uređaj za aktivno upravljanje kontaktnom silom u postupcima obrade prema zahtjevu 1, naznačen time da je spomenuti uređaj dodatno opremljen inercijskim mjernim uređajem (15) pričvršćenim uz kućište (20) čija se očitanja orijentacije kućišta koriste za korekciju utjecaja gravitacije na aktivno upravljanje kontaktnom silom u realnom vremenu.
3. Uređaj za aktivno upravljanje kontaktnom silom u postupcima obrade prema bilo kojem od prethodnih zahtjeva, naznačen time da je uređaj izveden sa samo prvim sfernim zglobom (1) smještenim između senzora sile (2) i mehaničkog disipativnog elementa ugrađenog u prirubnicu (11).
4. Uređaj za aktivno upravljanje kontaktnom silom u postupcima obrade prema bilo kojem od prethodnih zahtjeva, naznačen time da je linearni aktuator izveden pomoću aksijalno postavljenog servo-motora (8) koji je opremljen enkoderom i/ili resolverom (9) radi preciznog očitanja položaja i rotacije njegovog rotora (6), gdje je spomenuti rotor (6) mehanički vezan za sklop matice (5) i vretena (4); a gdje je spomenuto vreteno (4) izvedeno kao kuglično navojno vreteno umetnuto u maticu navojnog vretena (5), pri čemu navojno vreteno (4) i korespondirajuća matica (5) pretvaraju rotacijsko gibanje rotora servo-motora (6) u linearno gibanje navojnog vretena (4) unutar matice (5) čime se izravno kontrolira sila na gornju prirubnicu (11).
5. Uređaj za aktivno upravljanje kontaktnom silom u postupcima obrade prema zahtjevu 4, naznačen time da je servo-motor (8) povezan sa sklopom šupljeg navojnog vretena (4) i matice (5) što omogućava provlačenje električnih i/ili hidrauličkih veza za pokretanje i upravljanje alatom za obradu kojem treba upravljanje kontaktnom silom, te koji je utvrđen na gornjoj prirubnici (11) uređaja.
6. Uređaj za aktivno upravljanje kontaktnom silom u postupcima obrade prema bilo kojem od prethodnih zahtjeva, naznačen time da su donja prirubnica (10), kao i dodatna prirubnica koja se opcijski može montirati u radijalnom smjeru na kućište (20), izvedeni na način da mehanička veza s višeosnim strojem ima mogućnost postavljanja predefiniranog kuta nagiba u odnosu na definiranu glavnu os spoja uređaja s višeosnim strojem.
7. Upotreba uređaja definiranog zahtjevima 1-6, naznačena time da se isti koristi u postupcima gdje je alat za obradu izabran iz skupine koju čine: alat za poliranje, alat za brušenje, alat za bušenje, alat za glodanje, alat za pjeskarenje, alat za slaganje ili alat za elektrokemijsku obradu.
8. Upotreba uređaja prema zahtjevu 6, naznačena time, da je višeosni stroj numerički upravljani obradni stroj, robot ili manipulator.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HRP20200144AA HRP20200144A2 (hr) | 2020-01-29 | 2020-01-29 | Uređaj za aktivno upravljanje kontaktnom silom u postupcima obrade |
| PCT/EP2021/051847 WO2021151934A1 (en) | 2020-01-29 | 2021-01-27 | Apparatus for active contact force control in machining and handling operations |
| EP21703167.3A EP4096873A1 (en) | 2020-01-29 | 2021-01-27 | Apparatus for active contact force control in machining and handling operations |
| US17/875,406 US20220362898A1 (en) | 2020-01-29 | 2022-07-28 | Apparatus for active contact force control in machining and handling operations |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HRP20200144AA HRP20200144A2 (hr) | 2020-01-29 | 2020-01-29 | Uređaj za aktivno upravljanje kontaktnom silom u postupcima obrade |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HRP20200144A2 true HRP20200144A2 (hr) | 2021-08-06 |
Family
ID=74550615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HRP20200144AA HRP20200144A2 (hr) | 2020-01-29 | 2020-01-29 | Uređaj za aktivno upravljanje kontaktnom silom u postupcima obrade |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220362898A1 (hr) |
| EP (1) | EP4096873A1 (hr) |
| HR (1) | HRP20200144A2 (hr) |
| WO (1) | WO2021151934A1 (hr) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113649946A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-11-16 | 重庆智能机器人研究院 | 一种主动力位补偿器及其控制方法 |
| CN114434325B (zh) * | 2022-02-21 | 2023-01-06 | 华中科技大学 | 一种基于串联弹性执行器的单自由度力控磨头装置 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09300114A (ja) * | 1996-05-17 | 1997-11-25 | Press Kogyo Kk | ロボットによる穴明け装置 |
| DE102011006679B4 (de) | 2011-03-16 | 2018-07-12 | Ferrobotics Compliant Robot Technology Gmbh | Aktive Handhabungsvorrichtung und Verfahren für Kontaktaufgaben |
| US9796082B2 (en) | 2013-05-24 | 2017-10-24 | Carnegie Mellon University, CTTEC | Series elastic actuators for robots and robotic devices |
| ITTO20130808A1 (it) | 2013-10-04 | 2015-04-05 | Eurosei S R L | Cilindro elettrico provvisto di un dispositivo di rilevazione del carico |
| JP5927259B2 (ja) * | 2014-09-30 | 2016-06-01 | ファナック株式会社 | 力制御を実行するロボットシステム |
| CN105563309B (zh) * | 2015-11-11 | 2019-04-12 | 华中科技大学 | 一种用于可调距螺旋桨机器人磨削的主动顺应末端执行器及其控制方法 |
| DE102016118173A1 (de) | 2016-09-26 | 2018-03-29 | Ferrobotics Compliant Robot Technology Gmbh | Werkzeugmaschine zum robotergestützten bearbeiten von oberflächen |
-
2020
- 2020-01-29 HR HRP20200144AA patent/HRP20200144A2/hr not_active Application Discontinuation
-
2021
- 2021-01-27 WO PCT/EP2021/051847 patent/WO2021151934A1/en unknown
- 2021-01-27 EP EP21703167.3A patent/EP4096873A1/en active Pending
-
2022
- 2022-07-28 US US17/875,406 patent/US20220362898A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20220362898A1 (en) | 2022-11-17 |
| WO2021151934A1 (en) | 2021-08-05 |
| EP4096873A1 (en) | 2022-12-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11752626B2 (en) | Apparatus and method for automated contact tasks | |
| Liao et al. | Modeling and control of automated polishing/deburring process using a dual-purpose compliant toolhead | |
| KR102144142B1 (ko) | 조인트의 적어도 하나의 특성을 결정하기 위한 방법 및 시스템 | |
| JP5967972B2 (ja) | エンドエフェクタクランプのための力及び垂直性の検出 | |
| US20200338729A1 (en) | Driving mechanism, robot apparatus measurement method, robot apparatus control method and component manufacturing method | |
| US7954250B2 (en) | CMM Arm with enhanced manual control | |
| Schneider et al. | Stiffness modeling of industrial robots for deformation compensation in machining | |
| HRP20200144A2 (hr) | Uređaj za aktivno upravljanje kontaktnom silom u postupcima obrade | |
| JP6778050B2 (ja) | 工作機械 | |
| US20180036891A1 (en) | Multi-jointed robot deviation under load determination | |
| US20220226995A1 (en) | Control of a multipurpose robot arm | |
| JP2012115912A (ja) | 加工ロボット及びその重力補償方法 | |
| EP1920215B1 (en) | Cmm arm with enhanced manual control | |
| Theissen et al. | Quasi-static compliance calibration of serial articulated industrial manipulators | |
| JP2018085058A (ja) | 状態推定装置、状態推定方法及びプログラム | |
| Park et al. | Gantry type lapping manipulator toward unmanned lapping process for a large work surface | |
| JP2011189417A (ja) | 加工ロボットとその重力補償方法 | |
| Puzik et al. | Robot machining with additional 3-D-piezo-actuation-mechanism for error compensation | |
| SK289104B6 (sk) | Robotická obrábacia hlava | |
| Maekawa et al. | Development of a micro transfer arm for a microfactory | |
| CZ33662U1 (cs) | Robotická obráběcí hlava | |
| Shchurova et al. | Machining accuracy improving with the use of mobile mechatronic systems as industrial robot end effectors | |
| Spiller et al. | Superimposed force/torque-control of cooperating robots | |
| WO1995007793A2 (en) | Force and position controlled manipulator | |
| JP7479976B2 (ja) | ロボットアームの動作方法、ロボットシステム、制御装置及びプログラム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A1OB | Publication of a patent application | ||
| OBST | Application withdrawn |