Gripper for ISO 4/Class A environment

• Main Authors: Munoz Brewitz, Vicente, Thorén, Olof
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Maskinkonstruktion (Inst.) 2017
• Subjects: Gripper; Cleanroom; Pharmaceutical Manufacturing; Gripdon; Renrum; Läkemedelstillverkning; Mechanical Engineering; Maskinteknik; Engineering and Technology; Teknik och teknologier
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-210218

Antibiotics, oncology drugs and other products, mainly for intravenous use, are produced in facilities with very high cleanroom demands. To achieve pharmaceutical class A and ISO 4, the equipment must meet the highest demands of cleanability, sanitation and sterilization. The purpose of this master thesis is to develop a concept of an autonomous gripper to operate together with a robot in a class A environments that would replace humans. Requirements such as wireless communication, internal energy storage as well as gripping force of at least 1000 N per finger are defined. Additional, all materials in contact with the cleanroom must withstand hydrogen peroxide that is used for sterilisation without releasing particles or gases. A full-scale prototype has been manufactured to evaluate the properties of the concept. Several different concepts of grippers have been generated in this paper. A concept with an angular gripper and a bayonet clutch were selected after the concepts were discussed with the costumer and evaluated in an evaluation matrix. The gripper is driven by a stepping motor and has two gears, one planetary gear and one worm gear which together achieves a total ratio of 980:1. The gripper is wireless controlled using a Raspberry Pi which is programmed is CODESYS. Methods such as CAD and FEM has been used in the design of the gripper. The measured mean gripping force of the gripper is 1206 N and the estimated battery life of the gripper in work is 43 minutes. The prototype has the outer dimensions 400∙170∙170 mm and the mass 10.9 kg. This thesis, combined with a number of suggestions for improvements can give the gripper potential for cleanroom classification ISO 4. === Antibiotika, cancerläkemedel och andra läkemedelsklassade produkter i huvudsak för intravenöst bruk tillverkas i anläggningar med mycket höga renrumskrav. För att uppnå renrumsklassificering ISO 4 och GMP EU A ställs krav på rengörbarhet, sanitet och sterilisering av utrustningen. Syftet med detta examensarbete är att ta fram ett koncept till ett autonomt gripdon som tillsammans med en robot ska kunna ersätta människor i renrumsklass ISO 4/klass A. Krav finns på bland annat trådlös kommunikation, intern energilagring samt en gripstyrka på minst 1000 N per finger. Dessutom behöver alla material i kontakt med renrummet kunna motstå väteperoxid som används vid sterilisering utan att släppa ifrån sig partiklar eller gaser. En prototyp i full skala har tillverkats för att utvärdera konceptets egenskaper. Flera koncept på gripdon har genererats vartefter ett koncept med en vinkelgripare och bajonettkoppling valdes efter att de olika koncepten diskuterades med kund och utvärderats i en utvärderingsmatris. Gripdonet drivs av en stegmotor och har två växlar, en planetväxel och en snäckväxel som tillsammans har en total utväxling på 980:1. Gripdonen styrs trådlöst av en Raspberry Pi som är programmerad i CODESYS. Metoder som CAD och FEM har använts för att detaljutveckla gripdonet. Den uppmätta medelgripkraften för gripdonet är 1206 N och den beräknade batteritiden för gripdonet i arbete är 43 minuter. Prototypen har yttermåtten 400∙170∙170 och väger 10.9 kg. Detta arbete i kombination med en rad förbättringsförslag kan ge gripdonet potential att efter vidareutveckling uppnå renrumsklass ISO 4.