Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Three-axis manipulator with stepper motor drives

Filip Bartłomiej Kuligowski

Abstract

The subject of this engineering thesis was the construction of a three-axis manipulator powered by stepper motor drives. The device was designed mainly for educational purposes. The most important problem to be solved in this thesis was the design of the cartesian manipulator in CAD software. Solidworks programme has been selected to perform this task. Thanks to this programme the author of this thesis was able to create an precise three dimensional model and technical drawings of the designed device. There were also additional problems and tasks to be carried out e.g. preparation of an electrical connection diagram, kinematic diagram and catalouge card. The author of the thesis also assessed the safety of the device. Apart from the above mentioned problems and tasks, the thesis also contains theoretical information related to the construction and operation of manipulators. There are also presented three types of drive systems possible to use in similar devices. The following chapters present the construction and discuss issues related to the control system of the device. The use of subassembly drawings with references made it possible to show the structure of individual components of the manipulator in the as easy way as possible. The chapter presenting the control system contains information about the controller used in the project and presents its detailed construction. The next chapter presents how the designed manipulator works. In the further part of the thesis there is an assessment of the safety of the device. At the design stage of the manipulator it was necessary to use components such as linear modules, stepper motors and a pneumatic vacuum gripper. The process of designing the device was preceded by an overview of available structural solutions of similar devices. After this review, it was decided on a specific solution. In addition to the mandatory subassemblies, end switches and CNC controller were used. There were also designed a number of mounting elements necessary to connect all the subassemblies and mount the manipulator to the frame. The use of aluminium profiles and panels made of acrylic glass ensures easy configuration, installation and safety during work with this machine. The result of the work made in the design software is a device with dimensions of 580x590x670 mm, working space of 150x150x150 mm and the weight of about 30 kg. Due to the applied constructional solutions in form of a closed casing, placement of warning signs in the most dangerous places and the location of the safety switch in a visible and easily accessible place, the risks associated with using this device by less experienced operators have been significantly reduced.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Filip Bartłomiej Kuligowski (FPE) Filip Bartłomiej Kuligowski,, Faculty of Production Engineering (FPE)
Title in Polish
Manipularor trójosiowy z napędami silnikami krokowymi
Supervisor
Grzegorz Lis (FPE/IoMP) Grzegorz Lis,, 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
19-06-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Grzegorz Lis (FPE/IoMP) Grzegorz Lis,, 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
robotyka, manipulator, manipulator kartezjański, moduł liniowy, silnik krokowy, pneumatyka, CAD, Solidworks
Keywords in English
robotics, manipulator, Cartesian manipulator, linear module, stepper motor, pneumatics, CAD, Solidworks
Abstract in Polish
Tematem niniejszej pracy inżynierskiej jest konstrukcja trójosiowego manipulatora z napędami silnikami krokowymi. Urządzenie to przeznaczone jest do celów dydaktycznych. Najważniejszym zadaniem do zrealizowania było opracowanie konstrukcji manipulatora kartezjańskiego w oprogramowaniu CAD. Do zrealizowania tego projektu wybrany został program Solidworks, który umożliwił stworzenie dokładnego, trójwymiarowego modelu manipulatora oraz rysunków technicznych zaprojektowanego urządzenia. Dodatkowymi zadaniami do wykonania były m.in. przygotowanie schematu podłączeń elektrycznych, schematu kinematycznego urządzenia, ocena jego bezpieczeństwa oraz sporządzenie karty katalogowej. Oprócz wymienionych powyżej zagadnień w pracy znalazły się również informacje teoretyczne związane z budową i zasadą działania manipulatorów. Przedstawione zostały także trzy rodzaje układów napędowych możliwych do zastosowania w podobnych urządzeniach. Kolejne rozdziały prezentują konstrukcję oraz poruszają zagadnienia związane z układem sterowania urządzenia. Zastosowanie rysunków podzespołów wraz z odnośnikami umożliwiło łatwe i przejrzyste ukazanie budowy poszczególnych elementów składowych manipulatora. W rozdziale przedstawiającym układ sterowania zawarte zostały informację o zastosowanym sterowniku i przedstawiona została jego szczegółowa budowa. Kolejny rozdział przedstawia zasadę działania zaprojektowanego manipulatora. W dalszej części pracy znalazła się ocena bezpieczeństwa urządzenia wraz z kartami ryzyka. Podczas projektowania urządzenia konieczne było zastosowanie takich podzespołów jak moduły liniowe, silniki krokowe oraz pneumatyczny chwytak podciśnieniowy. Przed przystąpieniem do projektowania urządzenia dokonano przeglądu rozwiązań konstrukcyjnych podobnych urządzeń i wybrano jedno z nich. Oprócz obowiązkowych do zastosowania podzespołów wykorzystano m. in. czujniki w postaci łączników krańcowych czy sterownik CNC. Zaprojektowany został również szereg elementów montażowych koniecznych do połączenia wszystkich podzespołów oraz zamocowania manipulatora do obudowy. Zastosowanie obudowy zbudowanej z profili aluminiowych i paneli ze szkła akrylowego zapewnia łatwą konfigurację, montaż oraz bezpieczeństwo podczas użytkowania urządzenia. Efektem pracy wykonanej w programie do projektowania jest urządzenie, którego wymiary to 580x590x670 mm, przestrzeń robocza wynosi 150x150x150 mm. Waga kompletnego urządzenia to około 30 kg. Ze względu na zastosowane rozwiązania konstrukcyjne w postaci zamkniętej obudowy, umieszczeniu znaków ostrzegawczych w najbardziej niebezpiecznych miejscach oraz umiejscowieniu wyłącznika bezpieczeństwa w widocznym i łatwo dostępnym miejscu ryzyko związane z użytkowaniem urządzenia przez mniej doświadczone osoby zostało w znacznym stopniu zredukowane.
File
  • File: 1
    Praca_inzynierska_-_Konstrukcja_manipulatora.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 35001

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTea0ffafcaa654516948b10e69155de48/
URN
urn:pw-repo:WUTea0ffafcaa654516948b10e69155de48

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page