roboforum.ru

Всем привет!

Такой вопрос, подскажите, почему большинство проектов любительских ЧПУ-станков (фрезеры, 3D-принтеры, плоттеры и т.д.) не применяет в качестве кинематической схемы манипулятор?
Есть какие-то серьезные причины для этого?

Я просто хочу собрать себе тоже станочек для создания точной механики и раскроя толстого картона, ДВП, оргстекла, из более чем 30 проектов все в виде станков, манипуляторных нет (есть 3D-принтеры с кинематической схемой в виде трех направляющих, но это не совсем то же, что и классический манипулятор, вроде того, что ниже).



Просто, на мой непрофессиональный взгляд, такой манипулятор с шаговыми моторами NEMA14 или NEMA17 будет не менее точным, чем ЧПУ-станок с приводами в виде зубчатых ремней или резьбовыми осями. И там, и там нужно периодически калибровать механизмы для точности, а манипулятор, как на рисунке выше, имеет больше степеней свободы, углов наклона, может менять инструмент.

Большое спасибо!

мощность приводов, жесткость, точность, повторяемость -> стоимость. ну и наверно хватает простого поворачивания детали. проворачивание стола или шпинделя и тем более такие выкрутсы с манипулятором это для хобби слишком.

не поверите, ЧПУ тоже умеют менять инструмент и контролировать своё состояние/точность ) просто собирают как правило по принципу дешевизны и на всём экономят
я давно думал как вы, т.к. данный подход просто удобен для держания его на столе, занимает очень мало места, если не используешь
но конструкция не из дешевых - вот и всё

Не просто не из дешевых. Сколько там стоит 3020? Около килобакса? Такой манипулятор будет стоить наверное пять.

Angel71, Madf, holomrn, большое спасибо!

Да, я тоже про корпус из алюминиевых профилей сразу подумал, легкие, прочные.
Моторы, например, NEMA14 - 28 Ньютонов или 2,8 кгс на радиальное усилие. Если сам корпус будет весом до 1-1,5 кг, то остается хороший запас мощности.

Схема как у манипулятора Пума тоже удачная (на мой дилетантский взгляд), т.е. основная поворотная колонна опирается не на вал мотора, а на основание, мотор там только крутит манипулятор вокруг оси. Еще один мотор на этой же колонне и еще один в суставе. На поворот вокруг кисти можно поставить более легкий шаговый двигатель, итого 4 степени свободы. Сама площадка манипулятора, в простом варианте, просто суппорт, туда вручную устанавливается печатающая головка 3D-принтера, фрезер, лазер, полотно плоттера, карандаш, паяльник или другой инструмент.

Видел видео, что на автозаводах именно манипуляторы работают, но там они, конечно, не чета любительским, весом по несколько тонн и двигатели киловаттные. Вот и вдохновился идеей, может делать проект как манипулятор, т.к. мне очень такой станок нужен, а по стоимости, наверное, разницы сильной не будет.

То есть, для обычного станка это моторы, муфты, направляющие, втулки, крепления, зубчатые ремни с зубчатыми шкивами, либо оси с резьбовыми втулками и подшипниками, рабочий стол станка. А для манипулятора все то же самое, но дорогие направляющие с бронзовыми втулками можно заменить на более дешевый и доступный алюминиевый профиль, вместо зубчатых систем перемещения кареток и рабочего стола можно сделать простейшие редукторы на два зубчатых колеса в каждом суставе.

Повторюсь, я дилетант, может я просто не понимаю, настолько манипулятор сложнее портального ЧПУ-станка или там какие-то сложности в софте или при эксплуатации такого роботизированного устройства?

Спасибо!

Kuiper писал(а):Есть какие-то серьезные причины для этого?

Причин миллион, можно перечислять сутками
вот самые банальные которые должны были притти тебе в голову:
1. мощность приводов, 2.8 кгс на валу nema17 превращаются в 0.1 кгс на конце манипулятора длиной 30 сантиметров, а учитывая вес самого манипулятора, мотор для манипулятора нужен в 30 и более раз более мощный. а чтобы ещё и какое-то усилие передать рабочему органу, надо уже не в 30 раз мощнее, а гораздо больше. 2,8 кгс внезапно вырастают до 100 кгс
и цена такого привода будет раз в 10 больше.
2. точность, чтобы получить нужную точность на конце последнего звена манипулятора манипулятора, надо иметь в десятки раз большую точность в первом узле манипулятора.
тоесть привод должен быть в десятки раз более точный чем в случае обычного станка. внезапно становятся нужны очень точные и дорогие редуктора, вместо классической пары винт/гайка. цена будет раз в 10 больше.

в цену одного манипулятора ты сможешь купить много разных классических станков.
манипулятор с точностью пригодной для 3D печати и усилием для фрезерования будет стоить не один миллион рублей.
за эти деньги можно купить и фрезерный станок, и принтер, и ещё останется денег чтобы поменять квартиру на новую, в которой будет отдельная комната чтобы поставить туда эти станки

Myp, доходчиво, спасибо!

По той же причине, почему в стиральной машине барабан, а не 2 манипулятора и стиральная доска

С уважением к мистеру Муру. Но он вам лапшу на уши развесил, а вы и ведётся.

Причин 2.
1. Сложность. Чем сложнее тем больше ошибок.
2. Цена.

Все остальные проблемы решаемые. Достаточно изменить схему.
1) Проблемы с рычагом решается противовесом.
2) Про точность какой-то бред. Определяет она по совокупности. И вполне погрешность первого элемента можно компенсировать средним или последним звеном.
3) Нужно прикладывать усилие делай на гидродинамики или пневматике или на винтах.

Pavia писал(а):2) Про точность какой-то бред. Определяет она по совокупности. И вполне погрешность первого элемента можно компенсировать средним или последним звеном.

да ну ?
вы где механике учились (физике) ?
садитесь, 2 балла.

противовесом можно скомпенсировать только вес первого звена, а это не особо и нужно, потому что проще поставить мотор в основании помощнее.
про точность уже выше сказано.
гидродинамика это раздел физики, изучает движение жидкостей. может имелась в виду гидравлика? гидравлика не вариант, ей управлять крайне сложно, особенно с микронной точностью.
пневматика и вовсе непригодна для точных движений. а винты... некуда их там ставить.

А если кинематическая схема "башенный кран"?
Т.е. неподвижное основание, наверху стрела с перемещающейся кареткой, вращающаяся по горизонтали. На каретке закреплен, например, экструдер на полкилограмма, он может опускаться и подниматься.
Чтобы была приемлемая точность - большой вес экструдера, 4 точки крепления экструдера к каретке через шкивы, медленная скорость печати.

Фрезу или раскроечный плоттер на такой манипулятор не установить, но 3D-принтер или лазер можно, т.к. там боковых нагрузок нет.

Есть ли минусы у такого манипулятора? А то я профан в этйо области, возможно, просто нужно не придумывать экзотику, а делать как все - на зубчатых ремнях или винтах с направляющими.

Спасибо!

setar писал(а):вы где механике учились (физике) ?
садитесь, 2 балла.

Пфффф, 2 много.
Еще есть такая штука - "Жесткость системы СПИД". СПИД -станок, приспособление, инструмент, деталь. Рекомендую покурить. Тут не знаешь как бороться с поющей станиной кЕтайского станка, куда чугуния не долили, а тут рычааааааааааги, колееееени, зазооооооры. Вы слышали пение режущего инструмента? Этот стон у нас пестней зовется.

Dmitry__ писал(а):куда чугуния не долили

это в алюминий то ?)

вот тут у меня хватает чугуна )

ПС рабочее поле у станка 250х250х200 и столько чугуна, + привода по 600Вт

Все, что уважаемые форумчане написали, трижды абсолютно верно. Но верно также и то, что человек с его несовершенными руками и неточными глазами подковывал блох, делал яйца Фаберже, создавал прекрасные статуэтки и т.д. и т.п. Все что создано было нашими предками, было в основном ручной работы.
Поэтому есть альтернативный путь в создании CNC станков и подобного оборудования. Сочетание глаз-мозг-рука только в робототехническом исполнении может оказаться одной из таких альтернатив.
Большинство станков делается на давно проверенных шаговиках. В последнее время им добавили энкодеры, чтобы даже при пропуске шагов они смогли довернуть до нужного положения. Но пока ни один вид привода: электрический, гидравлический, пневматический - пока не сравняются с обычной человеческой мышцей по совокупности ее свойств. Среди таких свойств - способость к быстрому расслаблению в момент свободного хода, например при ударе молотком в руке по детали и способность выдержать многократные перегрузки при резком торможении. В мышцах имеются волокна разного цвета - темные и светлые. Темные приспособлены для статического удержания, а светлые - для быстрых сокращений.
Это что касается привода. Но главное, это то, что основным в таких станках должно стать зрение и другие сенсоры, которые непрерывно могли бы корректировать движения инструмента. А то сейчас бывает так, что нередко из-за простейшего промаха в расчетах резец на холостом ходу может запросто врезаться в обрабатываемую деталь. Адаптивная стстема могла бы динамически измерять относительные размеры, что иногда допустимо и более предпочтительно.
Вот еще что. Пока что всякие автоматические станки - лишь тупые исполнитель жесткого алгоритма. Хорошо было бы, чтобы пользователь задал директивно лишь общие требования, а станок самостоятельно построил бы план своих действий. Грубо говоря, чтобы человек вложил в систему лишь геометрию желаемой модели, а все остальное сделал бы станок сам исходя из текущих возможностей оборудования включая степень затупления фрезы или еще что-то такое.
Еще, конечно, нужны инструменты полегче. Тяжелый фрезер с водяным охлаждением - это довольно громоздкая штука со жгутом трубочек и проводов. Как работает человек? Вначале он берет огромные инстументы и грубо высекает из скалы зскиз скульптуры. Затем берет инструмент поделикатнее и уточняет геометрию заготовки. В конце он берет самые изящные инструменты и надевает очки или микроскоп и доводит свой шедевр до совершенства, часто отходя на большое расстояние, наблюдая общую картину, сверяясь с общим замыслом. Робот может действовать аналогично.
Я мечтаю о времени когда наряду с такими станками, какие создаются сейчас, появились бы и легкие, недорогие, но весьма точные и быстрые системы, основанныые и на манипуляторах и на обычных облегченных схемах перемещения станков, отличительной особенностью которых была бы большая сообразительность и автономность. Т.е. в противовес стремлению обеспечить огромную жесткость конструкции предлагаю сделать минимально жесткую конструкцию, основные недостатки которой компенсировать программной способностью предсказания ее поведения.
Я высказываю свои соображения не просто так, а потому, что работаю приблизительно над тем, что описал.