Opetus- ja tutkimuskäytössä olevan manipulaattorin kehitystyö

Abstract

Tämän opinnäytetyö toimeksiantaja oli Lappeenrannan teknillisen yliopiston sähkötekniikan osasto. Työn tavoitteena oli parantaa ja kehittää opetus- ja tutkimuskäytössä olevaa neljällä lineaarisella akselilla liikkuvaa manipulaattoria. Kehittämisen lähtökohtana pidettiin sähköisen servojärjestelmän automaation uusimista laitteiston ja ohjelmiston osalta sekä ongelmalliseksi havaitun manipulaattorin mekaanisen akselin kehittämistä laitteiston kannalta paremmaksi.

Automaation uusiminen käsitti uuden Beckhoffin teollisuustietokoneen asentamisen laitteiston osaksi ja paikkasäädön valmistamisen käyttäen TwinCat3-ohjelmaa. Manipulaattorin mekaanisen rakenteen ongelmana oli tietyissä virhetilanteissa laitteiston jumiutuminen, joka aiheutti laitteistolle mekaanisen rikkoutumisen mahdollisuuden. Ongelma ratkaistiin suunnittelemalla ongelmia aiheuttaneelle akselille uudenlainen kiinnitys, nivelöintien avulla.

Manipulaattoriin valmistetun paikkasäädön ohjelmaa ja sen toimintaa on esitelty tässä opinnäytetyössä. Opinnäytetyössä on myös tutkittu paikkasäädön käyttäytymistä käyttäen apuna TwinCat3-ohjelman mittaustoimintoja. Suunnitellun mekaanisen nivelöinnin mittapiirrokset on esitetty työn toimeksiantajalle.

Lappeenranta University of Technology, department of Energy Systems, commissioned this thesis. The aim of the thesis was to improve and develop four axis linear manipulator system which works with servo motors. System is used in teaching and research use. The starting point for the development was renewal hardware and software parts in electronic servo automation system, as well as the development of a problematic mechanical axis.

Renewal of automation included the installation of the new Beckhoff industrial computer as part of the hardware upgrade and the creation of position control by using the TwinCat3 program. The problem in the mechanical structure in one of the manipulators axis, posed a risk of mechanical breakdown. The problem was, solved by designing a new type of attachment points by making joints to the axis that caused the problem.

Manufacturing the position control and results of the position control operation are presented in the thesis work. Position control operations were measured by using TwinCat3 scope tool. Dimensional drawings of the designed mechanical jointing are presented to the commissioner of this thesis.