Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Design a robot with parallel delta kinematics

Maciej Majewski

Abstract

The goal of the project was to design a robot with parallel delta kinematics based on the latest achievements in the field of Computer-Aided Engineering(CAE), in particular Computer-Aided Design (CAD). The thesis was divided into three main parts, constituting the scope of the robot in the various fields included in automation and robotics. In addition, a robot instruction manual and a separate thread on development development capabilities were developed. It was decided by the advanced way in which the develops methods of computational analysis, based on machine processing algorithms, as well as the environment already built into the CAD system, for additive production techniques, because at work he was focused on weight reduction using numerical technique. Generative analysis provides optimal mass distribution in terms of static conditions used. This technique was used to design the robot arms and the central connector - mobile platforms - that is the element to which the robot tool is attached. These parts were developed using 3D printing from biodegradable PLA - polylactide. Forearm - the elements connecting the arm with the movable platform are made of a composite of glass fibers and polyester. This combination is characterized by very good stiffness with minimal weight, second only to carbon fibers. The robot skeleton was made in the Solid Edge frame design module. In its construction, rectangular steel profiles were used as frames and the weight of the reinforcing structure. Then next part of thesis was overview of drive solutions for the robot. As a result, stepping motors were selected for the construction. Further analysis was consisted in selection of drive units based on torque graphs and calculation of the moment acting on the arm. During these analysis it turned out that necessary to use a reducer for optimal use of the engine's power. After the study of solutions and requirements, as the optimal solution was adopted using a belt transmission with a 2MGT profile. Gates Design IQ program was selected to design this drive for optimum belt length and adjustment of tensioner stroke. This resulted in smaller dimensions of transmission. The second chapter focuses on the robot control system. Initially, a comparison of three platforms that can be a robot control is presented. The Raspberry Pi B+ was chosen because of its incomparably greater computing power, with the resulting unique capabilities compared to the competition. This module can be integrated with the network so that it can be operated from any place on earth. Later in this chapter, construction of the microcomputer and engine control was discussed, as well as calculations for homing sensors. After reviewing the robot positioning solutions, slot optocouplers were selected. The third section of the thesis presents most important methods written for the needs of the robot. At the beginning of the program analysis and its division into modules and discussion of the main program syntax. Afterwards, the construction of the part responsible for steering the axes and generating quick pulses using the DMA controller was analysed. Thanks to Direct Memory Access it is possible to remove delays caused by the operating system. The paper also indicates the method of creating files for the robot using the Teach-in and off-line techniques, as well as the method of managing and editing the program. At the end of the work, instructions and a proposal for future position development were presented.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Maciej Majewski (FPE) Maciej Majewski,, Faculty of Production Engineering (FPE)
Title in Polish
Projekt robota o kinematyce równoległej typu delta
Supervisor
Dominika Śniegulska-Grądzka (FPE/IoMP) Dominika Śniegulska-Grądzka,, The Institute of Manufacturing Processes (FPE/IoMP)Faculty of Production Engineering (FPE)
Certifying unit
Faculty of Production Engineering (FPE)
Affiliation unit
The Institute of Manufacturing Processes (FPE/IoMP)
Study subject / specialization
, Automatyzacja i Robotyzacja Procesów Produkcyjnych
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
28-11-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Piotr Szulewski (FPE/IoMP) Piotr Szulewski,, The Institute of Manufacturing Processes (FPE/IoMP)Faculty of Production Engineering (FPE) Dominika Śniegulska-Grądzka (FPE/IoMP) Dominika Śniegulska-Grądzka,, The Institute of Manufacturing Processes (FPE/IoMP)Faculty of Production Engineering (FPE)
Keywords in Polish
robot delta, delta, robot, projektowanie generatywne, Solid Edge, Raspberry Pi, Python, silniki korkowe, czujniki bazowania, bazowanie robota delta
Keywords in English
delta robot, delta, robot, generative design, Solid Edge, Raspberry Pi, Python, stepper motors, homing sensors, homing of delta robot
Abstract in Polish
Celem projektu było zaprojektowanie robota o kinematyce równoległej typu delta w oparciu o najnowsze dostępne osiągnięcia z dziedziny komputerowego wspomagania prac inżynierskich CAE, w szczególności komputerowego wspomagania projektowania CAD. Praca została podzielona na trzy główne części, stanowiące opracowania robota w zakresie różnych dziedzin wchodzących w skład automatyki i robotyki. Ponadto opracowano instrukcję obsługi robota oraz oddzielny wątek dotyczący przyszłych możliwości rozwoju stanowiska. W pierwszej części został omówiony proces projektowania robota w aspekcie mechanicznym. Ze średnich i dużych programów CAD, oferujących środowisko 3D, do projektu wybrano system Solid Edge firmy Siemens. Zadecydował o tym awangardowy sposób w jaki twórcy połączyli nowatorskie metody obliczania, opartego o algorytmy uczenia maszynowego, oraz wbudowane już w system CAD, środowisko do technik produkcji addytywnej, ponieważ w pracy położono szczególny nacisk na redukcję masy z wykorzystaniem technik numerycznych. Analiza generatywna zapewnia optymalne rozmieszczenie masy, pod względem wytrzymałości statycznej elementu. Technikę tę wykorzystano do zaprojektowania ramion robota oraz łącznika centralnego – platformy ruchomej – czyli elementu do którego przytwierdzone jest narzędzie wykonawcze robota. Części te zostały wytworzone za pomocą druku 3D z biodegradowalnego tworzywa PLA – polilaktydu. Cięgna – elementy łączące ramię z platformą ruchomą wykonano z kompozytu włókien szklanych oraz poliestru. Połączenie to cechuje bardzo dobra sztywność przy minimalnej wadze, ustępująca tylko włóknom węglowym. Szkielet robota zaprojektowany został w module konstrukcji ram środowiska Solid Edge. W jego budowie skorzystano z profili stalowych prostokątnych pełniących funkcję ramy oraz masy utwierdzającej konstrukcję. Następnie przeprowadzono przegląd rozwiązań napędów dla robota. W jej wyniku dla konstrukcji wytypowane zostały silniki krokowe. Dalsza analiza polegała na doborze odpowiedniego modelu jednostki napędowej na podstawie wykresów oraz obliczeń momentu działającego na ramię. W ciągu tych czynności niezbędne okazało się zastosowanie przekładni dla optymalnego wykorzystania specyfiki silnika. Po przeprowadzonych studium rozwiązań i wymagań, jako optymalne rozwiązanie przyjęto przekładnię pasową o profilu 2MGT. Do jej zaprojektowania posłużono się programem Design IQ firmy Gates specjalizującej się w produkcji pasowych układów przeniesienia napędu, dzięki czemu osiągnięto kompaktowe rozmiary, oraz doprano pas do skoku napinacza. W rozdziale dotyczącym układu sterowania przedstawiono porównanie trzech platform mogących posłużyć jako kontroler. Wybrano Raspberry Pi B+ ze względu na jego nie porównywalnie większa moc obliczeniową, z której wynikają unikatowe możliwości na tle konkurencji. Moduł ten można podłączyć bezpośrednio do sieci dzięki czemu możliwa jest jego obsługa z dowolnego miejsca na ziemi. W dalszej części tego rozdziału przedstawiono budowę mikrokomputera oraz sposób sterowania silnikami, oraz przeprowadzono obliczenia dla czujników bazowania. Po przeglądzie rozwiązań do pozycjonowania robota wybrano transoptory szczelinowe. Trzeci dział prezentuje modułu oraz ich najważniejsze metody napisane na potrzeby robota. Na początku przedstawiono strukturę programu oraz jego podział na moduły, oraz omówiono składnię programu głównego – main. Następnie przeanalizowano budowę części odpowiedzialnej za sterowanie osiami oraz generowanie szybkich impulsów za pomocą kontrolera DMA – bezpośredniego dostępu do pamięci, dzięki któremu pominięto opóźnienia generowane przez system operacyjny. W pracy zaznaczono też sposób tworzenia plików programów dla robota za pomocą technik teach-in oraz off-line, oraz sposób zarządzania i edycji plikiem programu.
File
  • File: 1
    275895_inz.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 31940

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT03ae16cf1d1d45c59bc3df3e8d2976cd/
URN
urn:pw-repo:WUT03ae16cf1d1d45c59bc3df3e8d2976cd

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page