Dobre F. Alin-Mihai [304851]

[anonimizat]: [anonimizat],

Prof. dr. ing. Nicolescu Adrian

Ș.I. dr. ing. [anonimizat]

2017

Universitatea POLITEHNICA din București

Facultatea de Ingineria și Managementul Sistemelor Tehnologice

Programul de studii 2013 – 2017

[anonimizat]: [anonimizat],

Prof. dr. ing. Nicolescu – Adrian

Ș.I. dr. ing. [anonimizat]

2017

Universitatea POLITEHNICĂ din București

Facultatea de Ingineria și Managementul Sistemelor Tehnologice

Tel (021) 4029520,(021) 4029302/ Fax: [anonimizat]

http://www.imst.pub.ro

Departamentul Mașini și Sisteme de Producție

Studii universitare de Licență

Domeniul Robotică

Programul de studii 2013 – 2017

[anonimizat]: [anonimizat],

Prof.dr.ing. [anonimizat].dr.ing. [anonimizat],

Prof. dr. ing. Cristian Doicin Prof. dr. ing. Tiberiu Dobrescu

2017

Studiul de fundamentare tehnică a temei de proiect

Analiza comparativă a [anonimizat]а [anonimizat] (sub formă de straturi cu înălțime omogenă ) și pe verticală (sub formă de straturi multiple) pe dispozitive de transport standardizate denumite paleți, a diferitelor categorii de obiecte (produse а[anonimizat], [anonimizat] аpă / ulei etc.) manipulate individual sau în grup de către roboți industriali sau mașini automate de paletizare. [1]

Figura 1.1. Paletizare cutii folosind un robot de tip braț articulat

Paletizarea se realizează pe pаleți cu dimensiuni reglementate prin standarde internaționale pentru a se facilita unificarea condițiilor de stocare. Pа[anonimizat] 1.2. Tipuri de paleți

Produsele de tip cutii de carton paralelipipedice sunt ideale pentru paletizare. Acestea au forma si dimensiunile standardizate. Sacii cu materiale vrac pot fi de asemenea încărcați pe paleți. Dimensiunile și masa maximă a acestora sunt de asemenea standardizate. [anonimizat], [anonimizat] a stivelor de produse și respectiv măsuri de securizare a încărcăturii paleților . [1]

Figura 1.3. [anonimizat]-efectorilor utilizați pentru paletizare

Efectorii utilizați în aplicațiile de paletizare au o [anonimizat], dimensiunile și caracteristicile de rigiditate ale obiectelor de manipulat.

Efectorii de paletizare pot avea o concepție dedicată:
– manipulării doar a obiectelor ce trebuie dispuse ordonat pe pаleți;
– manipulării obiectelor ce trebuie dispuse ordonat pe paleți și a separatoarelor dintre straturi/ de închidere a stivei;
– manipulării obiectelor ce trebuie dispuse ordonat pe pаleți, a separatoarelor dintre straturi/de închidere a stivei și a paleților pe care se realizează stivele cu obiecte paletizate (efectori polifuncționаli).

Pentru exemplificarea tipurilor de efectori special concepuți pentru aplicația de paletizare în continuare sunt prezentați:
– efector polifuncțional cu sisteme de prehensiune vаcuumatice (“VACUUM STYLE”) pentru paletizarea individuală / multiplă a produselor de tip cutii și manipularea separatoarelor, respectiv cu sisteme electromecanice /mecanice+pneumatice de prehensiune pentru manipularea paleților;
– efector de tip sistem de prehensiune cu bacuri plate (“CLAMP STYLE”) pentru produse de tip cutii paralelipipedice;
– efector de tip sistem de prehensiune cu gheare multiple (“FORK STYLE”)pentru manipularea produselor de tip saci cu materiale vrac. [1]

Figura 1.4. Tipuri de efectori utilizați în aplicațiile de paletizare (a-“CLAMP STYLE”, b-“FORK STYLE”, c-“VACUUM STYLE”)

Specificul concepției si exploatării celulelor și sistemelor robotizate de paletizare

Celulele si sistemele de fabricație robotizate dedicate realizării operațiilor de paletizare au o structura diversificată, configurația specifică a acestora și scalarea sistemelor fiind dictate de necesitățile specifice ale fluxurilor de producție / beneficiarilor la care se implementează aceste sisteme. [1]

Figura 1.5. Sistem complex de paletizare cutii carton și elementele sale

Sistem complex de depaletizare și repaletizare mixtă integrând un robot industrial de tip braț articulat

În figura 1.6.este prezentată o soluție de depalatizare și repaletizare mixtă (oferită de cei de la Bastian Solutions) . Paleții, plini cu diverse cutii de aceeași dimensiune, dar încărcături diferite ( acest lucru fiind vizibil datorită culorilor cutiilor) intră în sistem cu ajutorul unui conveyor cu lanț. Cu ajutorul unui robocar (AGV) ce se deplasează longitudinal, paletul plin cu obiecte este adus in zona de lucru a celor 2 roboti de tip braț articulat, folosind de asemenea conveyoare cu lanț .

Figura 1.6. Sistem complex de depaletizare și repaletizare mixtă [2]

Din momentul in care paletul plin este pozitionat în zona punctului de lucru, robotul de tip braț articulat începe descărcarea succesiva a cutiilor de carton pe conveyorul cel mai apropiat de palet.

Figura 1.7.Modul în care robotul de tip braț articulat efectuează descărcarea cutiilor de pe paleți[2]

Acest lucru este posibil datorită efectorului vacuumatic cu care robotul de tip braț articulat este echipat.

Odată ajunse la capătul conveyorului, cutiile sunt ridicate ( folosind un sistem de liftare) și intră pe traseul principal al conveyorului cu role, conveyor ce are si rolul de a asigura recircularea cutiilor in cazul în care se acumulează cutii pe conveyoarele de ieșire.

Figura 1.8.Efectorul vacuumatic al robotului de tip braț articulat [2]

În momentul în care cutiile ajung în dreptul conveyorului de ieșire corespunzător, acestea sunt identificate și aduse în zona de lucru a robotului de tip braț articulat, de unde sunt preluate de acesta și poziționate pe palet. Atât conveyorul principal cat si cele de ieșire sunt conveyoare cu role. Robotul are atat rolul de poziționa cutiile de același tip pe palet, dar și de a descărca în continuare cutiile diferite către conveyorul principal ( de recirculare) .

Figura 1.9. Cutiile ajung în zona de lucru a robotului [2]

Paleții pe care urmează sa fie poziționate si orientate cutiile de același tip sunt aduși în zona punctului de lucru cu ajutorul unor conveyoare cu lanț și al AGV-ului. Paleții sunt aduși de către AGV la punctul de lucru al roboților, fiind preluați de la un post automat de stocare al paleților.

Figura 1.10. Postul de stocare automată al paleților și AGV-ul cu funcție de transport [2]

După ce toate cutiile de același tip sunt poziționate pe palet, paletul este preluat de acelasi robocar (AGV) și transportat către sistemul de înfoliere . Sistemul de înfoliere este echipat cu un platou rotativ. Platoul, cu paletul poziționat se rotește, iar sistemul de prindere al foliei se deplasează pe direcția axei Z pentru a acoperi toată suprafața obiectelor si astfel , a realiza o prindere sigură.

Figura 1.11. Sistemul de înfoliere [2] .

Robot de tip braț articulat Comau NJ 130-2.0 integrat într-o celulă robotizată de paletizare cutii

În această aplicație robotizată, cutiile ce urmează a fi paletizate sunt transportate în zona de lucru a robotului cu ajutorul unui sitem de conveyoare cu role.

Figura 1.12. Sitemul de conveyoare cu role [4]

La capătul conveyor-ului cu role se află un sistem de liftare ce are rolul de a ridica cutiile pentru a putea fi preluate de către robot. Paletele sistemului de liftare întrepătrund rolele conveyor-ului.

Figura 1.13. Sistemul de liftare al conveyor-ului [4]

Efectorul utilizat în această aplicație este un efector de tip Clamp Style. Paletele efecterului întrepătrund la rândul lor paletele sistemul de liftare a cutiilor.

Figura 1.14. Modul în care efectorul de tip Clamp Style preia cutia [4]

Sistemul de prehensiune asigură stabilitatea cutiei astfel încât această să nu se își schimbe poziția din care a fost preluată. Sistemul de prehenisune acționează atât lateral, cât și longitudinal .

Figura 1.15. Sistemul de prehensiune asigură stabilitatea cutiei în timpul transferului [4]

Robotul de tip braț articulat preia cutiile ( folosind efectorul de tip Clamp Style) și le plasează pe palet după o schemă de paletizare stabilită.

Figura 1.16. Robotul depune cutia după o schemă de paletizare

După ce schema de paletizare a fost realizată, paletul este transportat către sistemul de înfoliere.Transportul este realizat cu ajutorul unui conveyor cu lanț și al unui conveyor cu role.

Figura 1.17. Paletul completat este transportat către sistemul de înfoliere cu ajutorul unui conveyor cu lanț [4]

Celulă robotizată dedicată operației de paletizare cutii integrând un robot de tip braț articulat Fanuc M-410iB/140H

În această celulă se realizează operații de paletizare folosind un robot de tip braț articulat. Cutiile ce urmează a fi paletizate intră în zona de lucru a robotului transportate de un conveyor cu bandă. Ele (cutiile) sunt deja poziționate și orientate datorită construcției conveyorului, conveyor căruia i-a fost atașată o placă de deviere.

Figura 1.18. Cutiile sunt trasnportate de către conveyorul cu bandă [5]

Datorită efectorului vacuumatic atașat robotului de tip braț articulat, cutiile sunt preluate (numărul cutiilor este dat de schema de paletizare corespunzătoare; pot fi una, două, trei sau chiar patru cutii) și poziționate pe paletul respectiv.

Figura 1.19. Robotul plasează cutiile după o schemă de paletizare prestabilită [5]

Figura 1.20. Vedere generală a celulei (Cele 5 diferite scheme de paletizare). În funcție de schemă, robotul preia 1,2,3 sau 4 cutii [5]

În figura de mai sus se pot observa cele 5 scheme de paletizare ( folosite în această aplicație), precum și cele 3 conveyoare ce transportă cutiile în zona de lucru a robotului de tip braț articulat. Conveyoarele sunt echipate cu o placă de oprire ( pentru a poziționa corect cutiile și a asigura că prelualrea perfectă a acestora). În imagine se observă și conveyoarele cu role ce transportă paleții ce au fost completați spre ieșirea din sistem (înfoliere, ambalare ,transport etc.). După ce paleții completați părăsesc sistemul, robotul, folosind efectorul Fork Style preia și poziționează paleții pe convyoarele cu role. Paleții sunt preluați din stivele cu paleți prezente în componența celulei. Stivele sunt aduse în zona de lucru a robotului cu a 2 conveyoare cu role.

Figura.1.21. Efectorul Fork Style preia paletul din stivă [5]

Celulă robotizată dedicată operației de paletizare integrând un robot de tip braț articulat

În această celulă se realizează operații de paletizare folosind un robot de tip braț articulat.
Aplicația efectivă ia startul în momentul în care robotul, folosind efectorul vacuumatic, depune paletul pe zona în care se vor paletiza cutiile. Paletul este preluat din stiva de paleți, aflată în zona de lucru a robotului. Paleții sunt depuși inițial în stivă de către un operator uman.

Figura.1.22. Robotul preia paletul din stiva de paleți [6]

Cutiile ajung în zona de lucru a robotului, fiind transportate de către un conveyor cu role. Cutiile sunt deja așezate în poziția de preluare, acest lucru este datorat construcției conveyorului, lățimea sa fiind cu doar 2 centrimetri mai mare decât lungimea cutiilor ce urmează a fii paletizate.

Figura.1.23. Conveyorul transportă cutiile în zona de lucru a robotului [6]

Robotul de tip braț articulat preia cutiile (folosind efectorul vacuumatic) și le depune pe palet, respectând o anumită schemă de paletizare. Depunerea cutiilor se face respectând o anumită schemă de paletizare.

Figura.1.24. Robotul de tip braț articulat depune cutiile folosind efectorul vacuumatic [6]

La jumătatea procesului de paletizare, operatorul uman depune un despărțitor de lemn, ce are rolul de a stabiliza cutiile și a asigura echilibrul cutiilor ce urmează a fi paletizate.

Figura.1.25. Operatorul uman depune despărțitorul de lemn [6]

După ce paletul este complet ( schema de paletizare a fost în întregime realizată), ia startul procesul de înfoliere. Paletul complet, depus inițial pe platoul rotativ, este înfoliat utilizându-se un magazin (ce se deplasează pe axa Z) de distribuție a foliei. Platoul se rotește 360° în jurul axei Z.

Figura.1.26. Înfolierea stivei complete [6]

După ce înfolierea a fost realizată, paletul iese din celulă, fiind transportat de către un conveyor cu role, conveyor ce se află în imediată apropiere a platoului rotativ cu role. Procesul reîncepe cu depunerea de către robot a unui nou palet.

Figura.1.27. Paletul completat părăsește celula de paletizare [6]

Analiza comparativă a variantelor constructive similare de RI

1.2.1 Robotul ABB IRB 6700 150/3.20

Având o rigiditate mai mare decât a modelelor proiectate anterior și o viteză îmbunătățită a axelor de rotație , familia de roboți ABB IRB 6700 este destinată funcționării în cele mai dure medii de lucru. Această familie de roboți este ideală pentru a fi integrată în aplicațiile de manipulare, sudare în puncte, precum și în aplicațiile de încărcare/descărcare a diferitelor obiecte.

Figura 1.30. Robotul ABB IRB 6700 150/3.20

Tabel 1.1. Specificații robot ABB IRB 6700 [3]

Figura 1.31. Spațiul de lucru al robotului ABB IRB 6700 150/3.20 [3]

Figura 1.32. Controller-ul robotului ABB IRB 6700 150/3.20 [3]

1.2.2. Robotul Kawasaki CX210L

Roboții din seria CX sunt roboți de tip braț articulat de dimensiuni mari ce pot fi integrați într-o varietate de aplicații: de la manipularea obiectelor la sudarea în puncte.

Figura 1.33. Robotul Kawasaki CX210L

Tabel 1.2. Specificații robot Kawasaki CX210L [7]

Figura 1.34. Spațiul de lucru al robotului Kawasaki CX210L

Figura 1.35. Controller-ul Kawasaki EO2

1.2.3. Robotul Comau NJ 130-2.0

Familia de roboți de tip braț articulat Comau NJ este excelentă pentru a fi integrată în sisteme ce realizează operații de asamblare, ambalare, manipulare, decupare cu laser sau sudare în puncte.

Figura 1.36. Robotul Comau NJ 130-2.0

Tabel 1.3. Specificații robot Comau NJ 130-2.0 [8]

Figura 1.37. Spațiul de lucru al robotului Comau NJ 130-2.0

Figura 1.38. Controller-ul C5G al robotului Comau NJ130-2.0

1.2.4. Robotul Motoman MPL100 II

Foarte versatilă, această familie de roboți de tip braț articulat, este destinată să fie integrată în executarea operațiilor de paletizare, pick&place și manipulare. Cu o rază maximă de deservire de 3.149 mm pe verticala și 2.150 mm pe orizontală, robotul Motoman MPL100 II poate realiza stive de înălțimi mari.

Figura 1.40. Robotul Motoman MPL100 II

Tabel 1.4. Specificații robot Motoman MPL100 II [9]

Figura 1.41. Spațiul de lucru al robotului Motoman MPL100 II

Figura 1.42. Controller-ul DX200

Analiza comparativă a soluțiilor constructive de realizare a ansamblurilor parțiale specifice RI – sistemului tehnic de proiectat

Arhitectura robotului industrial de tip braț articulat cu structură cinematică deschisă utilizat în proiect

Figura 1.43. Arhitectura și cotele de gabarit ale robotului de tip braț articulat [3]

Detalii constructive pentru robotul industrial braț articulat ABB IRB 6700

Prima axă de rotație

Figura 1.44. Axa 1 de rotație a robotului ABB IRB 6700 [3]

Figura 1.45. Motorul ce acționează axa 1 de rotație a robotului ABB IRB 6700 [3]

A doua axă de rotație

A doua axă de rotație este formată dintr-un motor de acționare ce este fixat pe carcasa robotului, un rulment, un inel de etanșare, precum și segmentul 1 al brațului robotului de tip braț articulat. Ele sunt asamblate cu ajutorul șuruburilor.

Figura 1.46. Motorul ce acționează axa 2 de rotație a robotului ABB IRB 6700 [3]

A treia axă de rotație

Cea de-a treia axă de rotație a robotului ABB IRB 6700 este și ultima axă a sistemului de poziționare.

Figura 1.47. Motorul ce acționează axa 3 de rotație a robotului ABB IRB 6700 [3]

Figura 1.48. Capac etanșare cu orificiu pentru golirea agentului de lubrifiere [3]

A patra axă de rotație

Figura de mai jos prezintă sistemul de acționare al axei 4, capacul ce are rol de etanșare, precum și angrenajele componente ce formează axa 4.

Figura 1.49. Motorul ce acționează axa 4 de rotație a robotului ABB IRB 6700 [3]

A cincea axă de rotație (Axa Pitch)

În figura de mai jos sunt prezentate sistemul de acționare al axei 5 precum și cablul traductorului de poziție al axei 6.

Figura 1.50. Motorul ce acționează axa 5 de rotație a robotului ABB IRB 6700 [3]

A șasea axă de rotație ( Axa Roll)

Axa 6 este ultima axă a sistemului de orientare al robotului ABB IRB 6700. Ea are rolul de a face conexiunea între robot și efector.

Figura 1.51. Motorul ce acționează axa 6 de rotație a robotului ABB IRB 6700 [3]

Analiza comparativă a soluțiilor constructive de realizare a ansamblurilor parțiale specifice RI – sistemului tehnic de proiectat

1.4.1. Concluzii ce privesc specificul aplicației robotizate de proiectat

După ce am realizat analiza comparativă a aplicațiilor robotizate similare celei pe care o avem de proiectat, capitol în care am prezentat diverse celule flexibile de fabricație dedicate operației de paletizare, ce integrează roboți de tip braț articulat, putem trage următoarea concluzie:

Celula de fabricație flexibilă ce urmează a fi proiectată va conține:

2 x Robot de tip braț articulat cu 6 axe comandate numeric și un efector de tip vacuumatic

Sistem de conveyoare cu role ce asigură transportul cutiilor ce urmează a fi paletizate și repaletizate

Sistem conveyoare cu lanț pentru transportul paleților

Stocator de paleți

Paleți EUR1

Cutii ce urmează a fi paletizate

AGV pentru transportul paleților

Sistem înfoliere

Șinele pentru AGV

2 x Suporturi supraînălțare pentru roboții de tip braț articulat

Figura 1.52. Vedere generală a aplicației de proiectat

1.4.2. Concluzii ce privesc caracteristicile tehnice ale ansamblului general al robotului industrial

După ce am realizat analiza comparativă a variantelor constructive similare celei pe care o avem de proiectat, unde au fost prezentate diferite modele de roboți de tip braț articulat existenți în oferta diferitelor firmelor producătoare, putem trage următoarea concluzie:

În funcție de aplicația căreia îi este destinat , se recomandă alegerea robotului cu o rază de deservire suficient de mare pentru a putea ajunge în toate zonele necesare îndeplinirii tuturor sarcinilor. Repetabilitatea și viteza maximă a axelor sunt de asemenea caracteristici importante pentru alegerea unui robot.

Tabel 1.5. Tabel comparație roboți paletizare

Analizând Tabelul 1.5., vom alege pentru sistemul complex de depaletizare și repaletizare mixtă integrând un robot industrial de tip braț articulat pe care îl avem de proiectat să folosim 2 roboți de la firma ABB, mai exact roboții IRB 6700 150/3.20. Cu o sarcină portantă de 145 de kilograme, cu o rază de deservire de 3.200 mm (cea mai mare din cele 4 opțiuni pe care le-am avut), precum și cu o repetabilitate foarte bună pentru operațiile de paletizare (0.02 mm), soluția de la firma ABB este cea mai bună alegere.

Figura 1.52. Robotul ABB IRB 6700. Alegerea pentru aplicația de proiectat

Proiectarea cinematică și organologică a ansamblurilor specificate în tema de proiect

Prezentarea ansamblului general al robotului industrial

Caracteristici tehnice generale rezultate pentru ansamblul general al robotul industrial de proiectat în urma studiului tehnic de fundamentare efectuat anterior

Cu o rigiditate mai mare decât a modelelor proiectate anterior și cu o viteză îmbunătățită a axelor de rotație , robotul ABB IRB 6700 este destinat să opereze în cele mai dure medii de lucru. Această familie de roboți este ideală pentru a fi integrată în aplicațiile de sudare în puncte, manipulare, precum și de încărcare/descărcare a diferitelor obiecte.

Figura 2.1. Robotul ABB IRB 6700

Tabel 2.1. Specificații robot [3]

Figura 2.1. Figurarea cuplelor de rotație[3]

Tabel 2.1.Tabel cuple de rotație

Prezentarea vederilor principale (ortogonale) și a structurii cinematice complete a ansamblului general al robotului industrial de proiectat

Figura 2.2. Vederea laterală a robotului ABB IRB 6700 150/3.20

Figura 2.3. Vederile laterală și cea de sus ale robotului ABB IRB 6700 150/3.20. Cotele de gabarit

Figura 2.4. Vederile laterală și frontală ale robotului ABB IRB 6700 150/3.20. Cotele de gabarit

Calcule cinematice și de determinare a încărcărilor aplicate ansamblului general al robotului industrial proiectat

Calculul obiectului ce urmează a fi paletizate (cutii)

Obiectele ce vor fi paletizate, au următoarele caracteristici, de asemenea, și ele standardizate conform cu un catalog de produse:

Tabel 2.2. Dimensiuni cutie

Figura 2.4. Produsul ce urmează a fi paletizat

În urma calculele făcute, într-o cutie 400x400x400, sunt aranjate prin intermediul unor distanțiere, 4×4 sticle = 16sticle / cutie. Pentru o singură sticlă, s-a calculat masa totală:

Pentru cele 28 de sticle, rezultă o masă totală a produselor / cutie:

Produsele de tip sticle ( ce se află în cutiile paletizate) au următoarele caracteristici dimensionale:

Figura 2.5. Dimensiunile sticlei din interiorul cutiei

În ceea ce privește cartonul din care este confecționată cutia, s-a realizat împărțirea în suprafețe a acesteia (fig.3.4), pentru a se putea calcula masa cartonului prin următoarele formule:

Figura 2.6. Dimensiunile cutiei.Ariile

Astfel, rezultă:

Presupunând că:

În urma calculelor, rezultă faptul că pentru o cutie:

Calculul efectorului vacuumatic

Figura 2.7. Efectorul și dimensiunile de gabarit

Verificare dacă efectorul se încadrează în capacitatea portantă a robotului.

Figura 2.8. Diagrama de încărcare a RI IRB 6700 utilizat

Materialul folosit pentru realizarea efectorului si a flanșei de adaptare este aluminiul cu densitatea de 2,7 g/cm3.

Figura 2.9. Masa efectorului

Numărul de ventuze al efectorului este de 18*16=288 ventuze;

Figura 2.10. Dimensiunile ventuzei

Calculul volumelor elementelor componentelor robotului ABB IRB 6700

Pentru rezolvarea acestei etape, pentru robotul ales din proiect s-a realizat calculul volumelor principalelor componente, astfel încat să se poată determina masa exactă pe principalele axe ale robotului industrial.În figura de mai jos este prezentată împărțirea în volume a robotului IRB6700 pentru a simplifica realizarea calculului:

Figura 2.11. Împărțirea pe volume a elementelor componente

Astfel, volumul total al robotului de tip IRB 6620 este următorul:

Pe baza volumelor obtinute și a masei robotului industrial ABB IRB 6700-150/3.20 din fișa tehnică a acesteia putem determina masele centrelor de greutate.

++++0.4197
Coeficientul echivalent se determină cu relația:

, unde

Pentru determinarea maselor fiecărui ansamblu, se aplică următoarea formulă:

În urma acestui calcul, s-au determinat masele centrelor de greutate ale fiecărui subansamblu:

Pentru verificare:

Reprezentarea centrelor de calcul și de masă

Figura 2.12. Centrele de masă ale robotului ABB IRB 6700

Figura 2.13. Centrele de calcul ale robotului ABB IRB 6700

Schema cinematică structurală și reprezentarea forțelor ce acționează asupra robotului

Sistemul mecanic al unui robot este format dintr-o configurație de corpuri rigide, elementele sistemului, legate între ele succesiv prin articulații de rotație sau translație în funcție de mișcările ce trebuie realizate.

Figura 2.14. Schema cinematică structurală generală a robotului de proiectat.Dispunerea centrelor de masă și de calcul

Figura 2.15. Schema cinematică structurală cu dispunerea forțelor de greutate

Pentru determinarea forțelor de greutate ce acționează asupra componentelor/ ansamblelor s-a folosit formula: , având datele de intrare determinate anterior:

Figura 2.16. Schema cinematică structurală cu dispunerea forțelor inerțiale

Pentru determinarea forțelor de inerție ce acționează asupra componentelor / ansamblelor, s-a folosit formula:

, unde

Reducerea sarcinilor inerțiale generate de cupla 1 de rotație

Figura 2.17. Reprezentarea distribuției de forte inerțiale ce acționează asupra RI, generate de posibilitatea de mișcare în cupla 1

Pentru calculul forțelor inerțiale de tip centrifugale și tangențiale, s-au aplicat formulele:

,

Figura 2.18. Reprezentare simplificată pentru cupla 1 de rotație și centul de calcul

Figura 2.19. Reprezentare simplificată pentru cupla 2 de rotație și centrele de calcul

Figura 2.20. Reprezentare simplificată pentru cupla 3 de rotație și centrele de calcul

Calcul numeric pentru razele cinematice:

Pentru calcularea unghiurilor am folosit aceste funcții trigonometrice:

Figura 2.21. Reprezentare simplificată a reducerii forțelor în centrul de calcul C6

Se cunosc lungimile centrelor de masă la C6:

Aplicând formulele pentru torsorul redus, pentru axa 6, și cunoscându-se datele aflate anterior, se obțin următoarele valori:

Reducerea sarcinilor inerțiale generate de cupla 2 de rotație (Pitch)

Figura 2.22. Reprezentarea forțelor inerțiale ( centrifugale și tangențiale ) generate de mișcarea de rotație din cupla 2

Calcul numeric pentru forțele inerțiale rezultate în fiecare centru de masă:

Figura 2.23. Reprezentarea simplificată a reducerii forțelor în centrul de calcul

Se cunosc lungimile:

Aplicând formulele pentru torsorul redus, pentru axa 5, și cunoscându-se datele aflate anterior, se obțin următoarele valori:

Reducerea sarcinilor inerțiale generate de cupla 3 de rotație (Roll)

Calcul numeric pentru forțele centrifugale determinate în fiecare centru de masă:

Calcul numeric pentru forțele tangențiale determinate în fiecare centru de masă:

Figura 2.24. Reprezentare simplificată a reducerii forțelor în centrul de calcul

Se cunosc:

Aplicând formulele pentru torsorul redus, pentru axa 4, și cunoscându-se datele aflate anterior, se obțin următoarele valori:

Determinarea parametrilor funcționali și a solicitărilor aplicate ansamblurilor parțiale de proiectat

Calculul cinematic al robotului industrial

Figura 2.25. Schema cinematică a robotului de proiectat

Tabel 2.2. Parametrii Denavit-Hartenberg

Matricea generală:

Matricea finală:
[11]

Figura 2.26. Schema cinematica structurala a robotului ABB IRB 6700

Analiza de poziții

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

Analiza de viteze

Se determina vectorul dual de viteza pe fiecare cuplă în raport cu sistemul de coordonate:

; ; ; ;

; ;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

Analiza de accelerații

Determinarea vectorului dual de accelerație:

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

Analiza de forțe și momente

Figura 2.27. Schema cuplelor

; ; =

=

; ;

; ;

; ;

=

+

+

=

[12]

Proiectarea structurii cinematice și organologice complete a ansamblurilor parțiale stabilite prin tema de proiect

Specificarea caracteristicilor tehnice proprii ansamblurilor parțiale de proiectat

Caracteristicile tehnice ale unui robot sunt stabilite, în mare parte, de rolul pe care acesta îl are de îndeplinit în cadrul celulei de fabricație flexibilă în care este integrat, un robot care execută o operație de paletizare îndeplinește o altă serie de caracteristici tehnice fața de un robot ce va executa operații de vopsire, de exemplu. Un robot poate fi împărțit pe module de rotație sau translație, segmente, cuple. În urma împărțirii robotului în parți componente, caracteristicile acestora sunt motoarele:

sistemul de orientare are trei grade de libertate, numite Roll – Pitch – Roll, Roll reprezintă rotirea după o axă longitudinală),Pitch este rotirea după o axă transversală;

cursa primei cuple Roll (de la flanșa robotului) este de 300° și o viteză maximă de 170°/s; cursa cuplei Pitch este de 130° și o viteză maximă de 120° /s; cursa celei de a doua cuple Roll este de 360° și o viteză maximă de 190° /s;

mecanismul acestui sistem de orientare este constituit din 3 module de antrenare rotative de tip direct drive, ceea ce înseamnă că motorul este conectat la reductor al cărui element de ieșire este conectat direct la elementul mobil. Acest lucru duce la o construcție simplă a sistemului de orientare, ceea ce duce la creșterea preciziei, și la comportarea dinamică a robotului, acesta având ceva mai puține componente;

carcasa robotului este prevăzută cu un capac de vizitare care permite schimbul sau revizia motoarelor sistemului de orientare.

Figura 2.28. Vederea explodată a sistemului de orientare

Calcule cinematice specifice ansamblurilor parțiale de proiectat

Deoarece, axa de Roll ( axa 6 ) conține în lanțul cinematic: motor de acționare, reductor tipizat de tip Cicloidal și element acționat, s-a realizat calculul pentru alegerea reductorului, stabilindu-se următoarele date de intrare (timpii, vitezele, cuplu ) :

Figura 2.29. Diagrama viteză/timp

Calcul pentru durabilitate:

Calcul pentru bilele rulmentului:

Pentru selecția rapida a tipodimensiunii de reductor cicloidal ne folosim de diagrama din catalogul de reductoare RV-Eseries.

In diagramă pe direcție verticală se caută valoarea forței axiale Fz din setul de date inițiale, iar in dreptul acesteia se duce o orizontală.

Figura 2.30. Diagrama Nabtesco

În urma calculelor, s-a ales reductorul tipizat de tip Cicloidal, cu următoarele caracteristici:

Figura 2.31. Reductorul RV-20E

Figura 2.32. Reductorul cicloidal RV-20E

Figura 2.33. Reductorul cicloidal RV-20E-Caracteristici dimensionale

Calcule organologice și de rezistență pentru proiectarea completă a componentelor / ansamblurilor parțiale specificate prin tema de proiect

În acest capitol vom face alegerea motoarelor electrice de acționare pentru cuplele 5 și 6 ale robotului de tip braț articulat IRB 6700

Alegerea motorului pentru axa Pitch ( axa 5 )

Axa de Pitch, axa 5 a robotului de proiectat, este alcătuită dintr-un lanț cinematic simplu ce transmite mișcarea de la motorul de acționare la elementul acționat. Lanțul cinematic este format din:

motor de acționare;

angrenaje cilindrice;

element acționat ce realizează mișcarea de Pitch.

Schema simplificată a lanțului cinematic este prezentată în figura de mai jos;

Figura 2.34. Schema simplificată a axei 5 (axa de pitch)

Pentru alegerea sistemului de acționare – motor electric – trebuie să fie îndeplinite următoarele criterii:

Criteriul cinematic

Pentru determinarea mărimii de ieșire s-a aplicat ecuația de transfer:

Rezultă din ecuația de transfer:

Se alege din catalog, gama de motoare selectabile ce verifică următoarea relație:

Criteriul static și dinamic

Se face o alegere preliminară a motorului: 9C4.1.20.. …M, având

Calcul arbore ME:

Momentul static al arborelui motorului:

Calcul roată 1:

Momentul static al roții cilindrice 1 este:

Calcul roată 2:

Momentul static al roții cilindrice 1 este:

Calcul arbore 2:

Momentul static al arborelui motorului:

Calcul roată 3:

Momentul static al roții cilindrice 3 este:

Calcul roată 4:

Momentul static al roții cilindrice 4 este:

Calcul arbore 3:

Momentul static al arborelui motorului:

Calcul roată 5:

Momentul static al roții cilindrice 4 este:

Calcul roată 6:

Momentul static al roții cilindrice 3 este:

Momentul static al întregului lanț cinematic:

Verificarea parametrilor de performanță

Au rezultat următoarele valori:

Având în vedere faptul că sunt respectate toate criteriile, s-a ales motorul electric 9C4.2.30.. …M, ce are prezentate caracteristicile funcționale și dimensionale în figurile de mai jos:

Figura 2.35. Caracteristicile constructiv – funcționale ale motor 9C4.2.30.. …M

Figura 2.36. Caracteristicile dimensionale ale motorului 9C4.2.30.. …M

Alegerea motorului pentru axa de Roll ( axa 6 )

Axa de Roll, axa 6, este alcătuită dintr-un lanț cinematic simplu ce transmite mișcarea de la motorul de acționare la elementul acționat. Lanțul cinematic este format din:

motor electric de acționare;

reductor cicloidal;

elementul acționat.

Schema simplificată a lanțului cinematic al axei 6 poate fi vizualizată în figura de mai jos:

Figura 2.37. Schema simplificată a axei 6

Pentru alegerea sistemului de acționare – motor electric – trebuie să fie îndeplinite următoarele criterii:

Criteriul cinematic

Pentru determinarea mărimii de ieșire s-a aplicat ecuația de transfer:

Rezultă din ecuația de transfer:

Se alege din catalog, gama de motoare selectabile ce verifică următoarea relație:

Criteriul static și dinamic

Se face o alegere preliminară a motorului: 9C4.1.20.. …M, având

Verificarea parametrilor de performanță

Au rezultat următoarele valori:

Având în vedere faptul că sunt respectate toate criteriile, s-a ales motorul electric 9C4.1.30.. …M, motor ale cărui caracteristici constructiv-funcționale și dimensionale pot fi vizualizate în figurile de mai jos :

Figura 2.38. Caracteristicile constructiv – funcționale ale motorului 9C4.1.30.. …M

Figura 2.39. Caracteristicile dimensionale ale motorului 9C4.1.30.. …M

Definirea ciclului de lucru pentru sistemul mecanic acționat

Reprezentarea ciclogramei de mișcare este prezentă în figura de mai jos:

Figura 2.40. Ciclograma de mișcare

În figura de mai jos pot fi vizualizate forțele de frecare și inerțiale ce solicită sistemul în timpul funcționării pentru cele 9 segmente, respectiv 3 faze, în care:

faza 1 = faza în care robotul preia obiectului ce urmează a fi paletizat;

faza 2 = faza în care robotul se deplasează cu viteză limitată pentru a depune obiectul pe conveyor;

faza 3 = faza în care robotul se întoarce în poziția inițială cu scopul de a prelua un nou obiect.

Prezentarea soluțiilor tehnice finale rezultate pentru ansamblurile proiectate

Figura 2.41. Soluția rezultată pentru axa 5 a robotului ABB IRB 6700 150/3.20

Figura 2.42. Soluția rezultată pentru axa 6 a robotului ABB IRB 6700 150/3.20

Modelarea asistată CAE a comportării dinamice a ansamblului structurii sistemului proiectat

Stabilirea temei

Tema de proiect aleasă constă în realizarea analizei cinematice pe robotul de tip braț articulat de la firma ABB model IRB 6700 150/3/20 care este integrat in aplicația de paletizare a unor cutii.Ca o scurtă descriere a aplicației, robotul aflat pe un suport de supraînalțare are rolul de a manipula cutii de carton, folosind efectorul vacuumatic și de a le paletiza/depaletiza de pe/pe conveyorul central ( conveyor cu rol de recirculare a cutiilor). În figura de mai jos sunt prezentate detaliile tehnice ale robotului:

Figura 2.43. Detalii tehnice robot de tip braț articulat ABB IRB 6700 150/3.20

Importarea geometriei în Ansys Workbench 16.1

Importul piesei în softul Ansys Workbench 16.1 s-a realizat prin simpla aducere a pictogramei Geometrie.step in spațiul de Project Schematic.Practic,un simplu Drag&Drop. Procedura poate fi vizualizată în figura de mai jos:

Figura 2.44. Importul geometriei în softul Ansys Workbench 16.1

Curățarea geometriei robotului

Pentru ca importul sa fie complet trebuie ca umătorii pași să fie respectați:
1.Se inițializează (printr-un dublu click pe Geometry) aplicația Design Modeler. Se va
2. Click pe butonul Generate. Importul geometrei este complet.

Figura 2.45. Importul geometriei în softul Ansys Workbench 16.1 . Varianta completă

Pentru a avea o discretizare eficientă se recomandă curățarea geometriei. Acest lucru se poate realiza folosind comenzi precum FaceDelete/BodyDelete/Edge Delete, dupa ce în prealabil a fost/au fost selectate geometria/iile ce se doresc a fi curățate

.

Figura 2.46. Generarea comenzilor de curățare a geometriei

Pentru unificarea suprafețelor de același tip folosim următoarea secvența de comenzi după ce îin prealabil am selectat suprafețele cu ajutorul pictogramei: Tools-Merge-Apply-Generate
Vom selecta mai multe suprafețe de același tip precum în figura de mai jos:

Figura 2.47. Unificarea suprafețelor de același tip (cea verde și cea superioară)

Analiza cinematică a ansamblurilor cu Ansys Workbench

Acest material prezintă metodologia și rezultatele unui studiu cinematic și structural al unui robot cu 6 grade de libertate de rotație, cu programul ANSYS 16.1, folosind interfața grafică Workbench. Modulele folosite sunt: Rigid Dynamics pentru analiza cinematică și Static Structural – pentru verificările de rezistență obișnuite.

Figura 2.48. Unificarea suprafețelor de același tip (cea verde și cea superioară)

Analiza cinematică în ANSYS (modulul Rigid Dynamics) este folosită pentru stabilirea solicitărilor în cuplele cinematice. Este o analiză recomandată pentru roboți, precede orice analiză statică sau dinamică și dispune de un solver dedicat: ANSYS Rigid Dynamics solver. Deoarece în industrie acest tip de analiză se face cu programul ADAMS, ANSYS are funcționalități extinse pentru conexiunea cu acest program.
Datele de intrare în analiză sunt: forțe, momente, deplasări, viteze și accelerații. Toate componentele ansamblului sunt considerate rigide, iar programul nu calculează tensiuni sau deformаții, ci numai forțe, momente, deplasări, viteze și accelerații – ca rezultate. Programul incrementează automat timpul, făcând calculele iterativ.Acest tip de analiză dispune de o documentație extinsă, în manualul dedicat: Multibody Analysis Guide, din ANSYS Help . Pentru analiza cinematică legătura dintre componente se realizează prin cuple cinematice sau resoarte. În tabelul 1 sunt prezentate toate tipurile de cuple cinematice.
Rigid body dynamics (RBD) reprezintă studiul deplasării ansamblurilor ȋn timpul funcționării, considerȃnd toate componentele rigide. Toаte restricțiile sunt definite ȋn cuplele cinematice, ȋn care se blochează automat deplasările și rotirile pe anumite axe. Fiecare cuplă cinematică asigură legătura dintre două componente. Cuplele cinematice sunt caracterizate de deplasările relative pe care le permit corpurilor pe care le conectează. Astfel, necunoscutele primare ȋntr-o analiză RBD sunt translațiile și rotațiile centrelor de greutate ale componentelor rigide și deplasările ȋn cuplele cinematice. Alte mărimi care se calculează ȋn analiza RBD sunt forțele care se dezvoltă ȋn cuple și se transmit ȋntre componente, spre deosebire de analiza structurală, unde se calculează deformațiile specifice și tensiunile.
Metoda Runge-Kuttа este o procedură iterativă, aproximativă pentru rezolvarea numerică a ecuațiilor diferențiale. Metoda este precisă și se folosește pentru multe probleme practice. Aproximareа este mai bună decȃt cea oferită de metoda Euler. Ideea metodei este cа pentru rezolvare (găsirea soluției) să se aproximeze panta secantei, de la un increment de timp la аltul. Panta secantei este aproximată ca media ponderată a tangentelor calculate pentru diferite puncte din incrementul de timp considerat, folosind aproximări succesive, cu precizie din ce ȋn ce mai bună.
De obicei metoda este prezentată pentru ecuații diferențiale de gradul I, dar se poate aplica și pentru ecuații diferențiale de grad superior, introducȃnd variabile suplimentare.
Metoda Runge-Kutta de gradul patru se bazează pe patru estimări. Fiind dată o valoare inițială y la timpul t și un increment de timp dt, se fac următoarele estimări :

(1)

(2)

(3)

(4)

O aproximare de ordinal 4 a expresiei y(t+dt) este:

(5)

Intervalul de timp dt  trebuie ales astfel ȋncȃt integrarea să fie stabilă și precisă, adică diferența dintre soluția aproximativă și cea exactă să fie mică.
Algoritmul Runge-Kutta 4 este stabil, dacă intervalul de timp dt este suficient de mic. Acest increment trebuie să fie, de asemenea, suficient de mare pentru ca să fie eficient din punct de vedere al calculului. [13]

Figura 2.49. Detaliile Solver-ului folosit

Figura 2.50. Cuplă de rotație: sistemul de referință local și constrângeri

În modulul de analiză cinematică gradele de libertate sunt deplasările relative din cuplele cinematice. Atunci când se citește geometria, programul creează automat sisteme de referință locale, în centrul de greutate pentru fiecare piesă (Inertial Coordinate System). De asemenea, fiecărei cuple cinematice i se asociază un sistem de referință propriu, în centrul cuplei – Reference Coordinate System . [13]

Figura 2.51. Definirea unei cuple de rotație în modul de vizualizare Body-Views

Definirea cuplelor cinematice prin selectarea suprafețelor care formează cuplele se face foarte ușor folosind modul de vizualizare Body-View .

În ANSYS se poate defini orice cuplă cinematică între componente (Body-Body) (Tabelul1), precum și o legătură specială de rezemare, de tip Body-Ground. Fiecare cuplă cinematică poate fi caracterizată prin rigiditatea de răsucire și/sau coeficientul de amortizare. În figura 7 este exemplificată definirea unei cuple de rotație. Programul constrânge automat gradele de libertate necesare pentru funcționarea cuplei.

La definirea cuplelor cinematice trebuie precizate:

Suprafețele de pe cele două corpuri care formează cupla: Reference> Scope și Mobile>Scope

Tipul legăturii: Fixă, Rotație, Translație, Ghidaj, Cilindrică, Universală, Sferică, Plană, Generală, Bucșă

Orientarea sistemului de axe al cuplei

Poziția inițială a pieselor (dacă este cazul)

Întreruperi sau blocarea mișcării – dacă este cazul

Bushing – Conector special, de exemplu piuliță cu bile. Se comportă ca o cuplă în care forțe interne se opun mișcării, sau deplasarea în interiorul cuplei respectă anumite reguli. Este un caz special de cuplă universală. Forțele dezvoltate în cuplele cinematice au expresia generală:

(1)

unde: F este forța, T – momentul, [K] – matricea de rigiditate, [C] matricea de amortizare, Ux, Uy, Uz – deplasările pe direcțiile x,y,z, , , – rotațiile, x, y, z – viteze de rotație unghiulară relativă, sunt combinații liniare ale vitezelor unghiulare. Termenii din afara diagonalei reprezintă cuplarea gradelor de libertate. [13]

Figura 2.52.Definirea cuplelor cinematice

Încărcările acceptate pentru analiza cinematică (Loads>Joint) sunt: accelerații, forțe și deplasări, încărcări specifice cuplelor considerate, sau, mai general, ecuații impuse pentru funcționarea ansamblurilor cu o geometrie mai deosebită. În figura 12 sunt reprezentate încărcările de tip viteze unghiulare pentru robotul cu 6 grade de libertate de rotație. La fel ca și încărcările, restricțiile impuse pot fi de același tip, adică viteze, deplasări, accelerații forțe, momente sau ecuații de constrângere. [13]

Figura 2.53. Modelul simplificat al unui robot cu șase grade de libertate

Încărcări impuse: viteze unghiulare în cuplele cinematice

Pentru ca analiza cinematică să surprindă funcționarea ansamblului pe toată durata unui ciclu de funcționare trebuie precizat timpul final, sau durata pe care se face simularea (Analisis settings>Step end time).

Figura 2.54. Rezultate în cazul unei analize cinematice

Rezultatele analizei cinematice sunt: deplasările totale sau după o direcție specificată, poziția momentană a unei componente, viteze, accelerații, energia totală în sistem în timpul simulării, sau forțele și momentele în cuplele cinematice pe toată durata simulării.

Pentru ca utilizatorul să poată detecta orice erori de modelare, pe toată durata calculului, în fereastra text sunt afișate informații privind eventualele penetrări în modelul geometric, deplasări mari sau imposibilitatea convergenței rezultatelor. În figura 10 este prezentat extrasul cu mesajele din timpul simulării, care pune în evidență faptul că nu au fost detectate nici un fel de erori în modelul cinematic.

Starting assembly simulation
Analysis of model redundancies:
No Redundancies detected in the model
_________________________________________________________________________
Starting transient simulation

Model Summary:
Number of effective bodies: 7
Total Number of Joints: 6 (6 based on degrees of freedom, 0 based on constraint equations)
5 Joints of Type Revolute
1 Joint of Type Weld
Number of Physical Degrees of Freedom:5 ______________________________________________________________________
Current Time: 0 Current time step 0.01

Current Time: 0.42 Current time step 0.05
Current Time: 0.92 Current time step 0.05
Current Time: 1.32 Current time step 0.05
Total number of time steps: 286
Average time step: 0.0454545
Number of rejected time steps: 0
Number of discontinuities: 12
Number of saved transient configurations: 299
Maximum relative error: 9.58183e-014 (%)
Number of position correction iterations: 365
Number of velocity correction steps: 2
End of Transient Simulation. CPU Time 1.76563 Elapsed Time  2.02

Analysis of model redundancies:
No Redundancies detected in the model

Figura 2.55. Extras cu mesaje din timpul analizei cinematice

În figurile de mai jos sunt prezentate rezultatele simulării cinematicii unui robot cu șase grade de liberate, având ca date de intrare vitezele unghiulare maxime în cuplele cinematice de rotație considerate.

La animarea rezultatelor trebuie mărit numărul de cadre, de exemplu: 100 Frames și timpul de înregistrare al animației, de exemplu: 4s.

Analiza rezultatelor obținute prin simularea cinematicii se compară cu rezultatele obținute prin calcule analitice. Deoarece analiza s-a realizat pe un model simplificat, valorile obținute trebuie actualizate după proiectarea constructivă completă a robotului. [14]

Figura 2.56. Graficul vitezei [mm/s]

Figura 2.57. Deplasări totale [mm]

Figura 2.58. Accelerații [mm/s2]

Figura 2.59. Forțele pe direcțiile X,Y,Z și forța totală [N] în cupla 5 (Braț 2-Pitch)

Figura 2.60. Energia cinetică, potențială, totală în cupla selectată [mJ]

Figura 2.61. Graficul vitezei pentru Bratul 2, Viteza pe x,pe y, pe z, totala [mm/s]

Toate rezultatele obținute pot fi transferate și considerate punctul de plecare pentru calcule sau verificări ulterioare, cum ar fi analiză statică în regim staționar sau tranzitoriu, optimizare multicriterială, analiză dinamică a componentelor sau ansamblului robotului (analiză modală, vibrații aleatore). Transferul rezultatelor se poate face în format text (Export Motion LoadsMotionLoads.txt) sau în format Excell (Export)

Figura 2.62. Exportul rezultatelor analizei cinematice

Un exemplu pentru un astfel de transfer este prezentat în continuare, unde unul din brațele robotului este verificat din punct de vedere al solicitărilor statice și sunt marcate suprafețele, respectiv volumele care pot fi eliminate prin optimizări ulterioare de topologie. În figura de mai jos este prezentat conținutul fișierului de export, în format text, MotionLoads.txt. În analiza statică, în cuplele cinematice se pot lua în considerare tipurile de contact: frictionless, frictional și rough.

.

ANSYS Workbench Frame Loads File

04/02/17 22:51:45

Assembly Database

WB Rigid Body Dynamics

Time

1.132000e+001

Frame 0

Inertial State

Body

DDMPart_3

Gravitational Acceleration

0.000000e+000 0.000000e+000 0.000000e+000

Translational Velocity

0.000000e+000 0.000000e+000 0.000000e+000

Translational Acceleration

-7.252865e-015 8.575757e-018 -6.682654e-015

Rotational Velocity

-4.158935e-017 5.934122e-002 2.369327e-016

Rotational Acceleration

-1.631439e-017 -8.726650e-002 -2.859243e-016

Center of Rotation

1.164804e+000 -2.506502e-002 1.123416e+000

Inertial State

Body

DDMPart_13

Gravitational Acceleration

0.000000e+000 0.000000e+000 0.000000e+000

Translational Velocity

0.000000e+000 0.000000e+000 0.000000e+000

Translational Acceleration

2.389755e-017 -3.956831e-019 3.996803e-018

Rotational Velocity

-5.966102e-018 5.934122e-002 2.545394e-016

Rotational Acceleration

-1.810865e-018 -8.726650e-002 -2.753409e-016

Center of Rotation

2.597056e-001 -2.737481e-001 7.485106e-001

Inertial State

Body

DDMPart_9

Gravitational Acceleration

0.000000e+000 0.000000e+000 0.000000e+000

Translational Velocity

0.000000e+000 0.000000e+000 0.000000e+000

Translational Acceleration

-7.240264e-015 9.721425e-018 -6.698642e-015

Rotational Velocity

-1.782187e-017 5.934122e-002 2.270504e-016

Rotational Acceleration

4.897939e-018 -8.726650e-002 -2.735838e-016

Center of Rotation

1.164804e+000 1.902972e-004 1.123416e+000

Figura 2.62. Conținutul fișierului de export al rezultatelor analizei cinematice

Analiza statică folosind Ansys Workbench

Pentru a începe analiza statică este nevoie să transferăm rezultatele de la Rigid Dynamics. Acest procedeu se realizează folosind comanda Duplicate ( Click dreapta pe Rigid Dynamics).

Figura 2.63. Inițializarea analizei statice

Următoarea instrucțiune ce trebuie realizate este sa înlocuim dublura creată cu o analiză static-structural.
Analiza statica se utilizează pentru a determina deplasările, tensiunile in condițiile statice de încărcare, atât în condiții de analiză static liniară cât și în condiții neliniare. Neliniaritățile pot include plasticitatea, ecruisarea, deformații mari, rotații mari, hiperelasticitate, contact de suprafețe si fluaj. O analiză static calculează efectele condițiilor de încărcare asupra structurii. O analiza statică poate, totuși include sarcini de inerție staționare (ca de exemplu greutatea si viteza de rotație), orice sarcini care variază in timp si care pot fi aproximate ca sarcini echivalente static (ca de exemplu sarcina static echivalentă produsa de vânt sau de solicitările seismice).

Sistemul de ecuații diferențiale care se rezolvă în cazul analizei statice este:

unde :

F- este vectorul forțelor exterioare care acționează în toate nodurile structurii și pe toate direcțiile,

K – matricea de rigiditate a întregii structuri ,

u- este vectorul deplasărilor în toate nodurile structurii.

Din sistemul de ecuаții se calculează deplasările nodale pe baza cărora se stabilesc deformațiile specifice, ε și tensiunile, σ. La fel ca și în cazul deplasărilor, ultimele două sisteme de ecuаții se obțin prin generalizarea sistemului de ecuаții care se referă la un element finit:

Ȋn ANSYS rezolvarea sistemului de ecuații se face prin Metoda frontului de undă. Prin front de undă se înțelege numărul de ecuații care sunt active la un moment dat:

unde:

k – este numărul ecuației,

j – coloana,

L – numărul total de ecuații.

Deformația echivalentă von Mises se calculează cu relația:

Tensiunea echivalentă von Mises se determină pe baza relației:

Tensiunea echivalentă și deformația von Mises se găsesc în relația:

, unde:

G -modulul de elasticitate transversal.

Pentru calculul prin MEF, structura continuă se înlocuiește cu un model de calcul discontinuu, sau discret. Discretizarea reprezintă aproximarea modelului geometric printr-o rețea cu un număr mare, dar finit de elemente cu o configurație geometrică simplă. Intersecția dintre elementele rețelei de discretizare formează noduri. Discretizarea trebuie să se muleze cât mai bine pe geometria structurii și să o aproximeze cât mai exact. Elementele prin care se face aproximarea geometriei poartă numele de elemente finite

În cazul unei analize Static Structurala , calitatea discretizării se reflectă direct ȋn precizia rezultatelor. Pentru realizarea analizei statice, a fost introdus un modul de tip Static Structural, acesta fiind un rezultat al duplicării și modificării modulului de Rigid Body Dynamics.

Etape ce trebuie urmate în analiza statică:

Figura 2.63. Suprimarea tuturor elementelor componente excluzând piesa ce trebuie analizată, cazul de față, Brațul 2

-eliminarea cuplele cinematice realizate în modulul anterior folosind comanda Delete
-definirea părții analizate ca obiect Flexibil (în loc de Rigid)

Figura 2.63. Înlocuirea corpului analizat din rigid în flexibil

-Folosind o discretizare compusă din metoda Hex Dominant și Body Sizing, se realizează discretizarea brațului 2

Figura 2.63. Discretizare Brat 2+ detaliile discretizare+ Statistici Discretizare

-Inserarea fișierului .txt generat în analiza cinematică

Figura 2.64. Inserarea fișierului Motion Load generat în analiza cinematică

-se introduc automat forțele și momentele calculate anterior

Figura 2.65. Vizualizarea încărcărilor inserate din modelul RBD

-Inserarea rezultatelor

Figura 2.66. Inserarea rezultatelor .Vom introduce Deformațiile totale,Tensiunie echivalente și Deplasările totale

Figura 2.67. Deplasările totale (mm)

Figura 2.68. Tensiunile echivalente (MPa)

Figura 2.69. Deformațiile totale (mm/mm)

Figura 2.70. Analiza statică a brațului 2 al robotului, realizată prin transferul încărcărilor din modulul RBD

Rezumatul etapelor analizei cinematice

Rezumat – etape de lucru cu programul:

Realizarea geometriei

Caracteristici de material; atribuirea materialelor pentru fiecare piesă

Se șterg contactele între componente

Definirea cuplelor cinematice: tipul, orientarea sistemului de referință local

Încărcări în cuple sau resoarte

Durata analizei (analysis settings)

Procesarea rezultatelor

Exportul rezultatelor

Analiză structurală

Figura 2.71. Sinteza rezultatelor analizei cinematice și structurale a robotului

Concluczii analiza cinematică și structurală

Ansys Workbench permite utilizarea unui număr mare de instrumente de analiză în aceeași interfață, ceea ce duce la o utilizare eficientă a programului (ex: cuplare analiza Rigid Dynamics cu Static Structural);

Realizarea tuturor analizelor pentru ansambluri complexe, presupune o durată de lucru crescută, deoarece necesită un timp de lucru de modelare și de pre-procesare a modelului fizic de calcul pentru analiza cu elemente finite;

Un alt dezavantaj este dat de posibilele erori ce pot apărea la orice modificare și la transferul informațiilor;

În cadrul analizei prezentate nu au fost înregistrate erori sau avertizări, obținându-se în urma introducerii valorilor importate pentru simulare rezultate corecte și apropiate de cele reale;

În cadrul analizei cinematice nu este necesară discretizarea elementelor, ceea ce implică o simplificare a calculului. În schimb, pentru analiza statică, este necesară o discretizare fină, cu o mărime de element egală cu 10 mm – considerată optimă. Dacă este modificată această valoare cu una mai mare/mică, rezultatele care se obțin sunt ușor diferite, ceea ce determină faptul că acestea depind și de discretizarea pe care utilizatorul o realizează pe reperul respectiv;

În analiza structurală, conform teoriei, se remarcă faptul că deplasarea este foarte mică și trebuie raportată la precizia de poziționare a robotului studiat. Din acest punct de vedere rezultatele obținute sunt corespunzătoare, deformațiile neinfluențand precizia de poziționare;

Vizualizarea și animarea rezultatelor permite nu numai observarea comportării în timpul funcționării și evitarea coliziunilor și obținerea unor informații utile proiectantului în fazele de început ale proiectării, dar și faptul că toate rezultatele pot fi folosite pentru analize specifice cu programe specializate, cum ar fi ADAMS (analiză cinematică), TOSCA (optimizare), sau alte solvere preferate de compania care dezvoltă produsul (Nastran, ABAQUS, etc);

Transferul rezultatelor analizei cinematice (Rigid Dynamics) în modulul de analiză statică (Static Structural) a făcut posibilă analiza statică ȋntr-un mod simplu și eficient.

Sinteza de ansamblu a aplicației robotizate

Prezentarea ansamblului general al aplicației robotizate/sistemului tehnic realizat

Descrierea structurii complete a aplicației si identificarea caracteristicilor tehnice generale ale subsistemelor componente

Celula de realizat este dedicată operaților de depaletizare și repaletizare mixtă. Ea a fost concepută pentru a depaletiza cutiile ce sunt aduse în zona de lucru a robotului și a fi reașezate în vederea înfolierii.

Celula este alcătuită din 2 roboți de tip braț articulat, ce au câte 6 grade de liberate, concepuți de firma suedeză ABB, ambii cu aceleași funcții, de a depaletiza cutiile ce vin într-o ordinea aleatoare pe paleți, de a le depune pe conveyorul ( ce are și rol de recirculare) și de a le repaletiza în vederea înfolierii și a transportului către beneficiar. Ambii roboți folosesc efectori vacuumatici cu ventuze pentru a reuși transferul cutiilor.

Podeaua/Spațiul de lucru

Podeaua sau spațiul de lucru pe care se desfășoară operațiile de paletizare trebuie să fie, pe cât posibil, plană, pentru a asigura o bună așezare a sistemelor ce urmează a fi folosite.Pentru o bună rezistență se poate utiliza betonul, material ce are o rezistență medie de 15 ani. Spațiul de lucru pentru celula noastră va avea dimensiunile: 40 x 25 metri.

Figura 3.1. Spațiul de lucru al celulei de repaletizate/depaletizare mixtă

Roboții de tip braț articulat

Roboții utilizați în aplicația noastră sunt 2 roboți industriali de tip braț articulat cu cinematică hibridă, cu 6 axe comandate numeric, mai exact, seria IRB6700. Această familie de roboți este destinată să opereze în unele dintre cele mai dure medii.

Figura 3.2. Robotul ABB IRB6700 (Modelul 3D are atașat efectorul vacuumatic)

Figura 3.3. Elementele componente ale robotului ABB IRB6700

Tabel 3.1. Legendă elemente componente robot IRB 6700

Efectorul vacuumatic

Efectorul folosit in aceasta aplicație este unul vacumatic, dedicat operației de paletizare. Folosim acest tip de efector deoarece poate prelua atât obiecte cu masă ridicată, dar și cu o masă ceva mai mică. Este ideal pentru tipul de obiecte pe care le preluam noi, având posibilitatea de a prelua simultan 2 cutii. După cum se vede, acest tip de efector poate prelua si separatoare.

Figura 3.4. Model 3D efector vacuumatic

Sistemul de conveyoare cu role

Sistemul de conveyoare cu role pe care circulă cutiile (obiectele transportate) pentru a fi repaletizate. Sistemul a fost realizat folosind programul MT PRO Light de la firma Bosch, iar elementele au fost descărcate de pe site-ul celor de la Bosch Rexroth. Au fost folosite secțiuni de conveyoare, curbe la dreapta/stânga, drivere si sistem de liftare, picioare de susținere.
Elemenele componente vor fi prezentate în figurile mai jos:

Figura 3.5. Elementele componente ale conveyorului. Modul în care a fost realizat

Figura 3.6. Ansamblul final și complet

Suportul de supraînălțare

Suportul de supraînălțare este utilizat pentru a modifica ridica nivelul spațiului de lucru al robotului. Robotul este amplasat pe suport.

Figura 3.7. Suportul de supraînălțare

Conveyorul cu lanț/ Sistemul de conveyoare cu lanț

Folosim conveyorul cu lanț pentru transportul paleților, cu sau fără cutii de depaletizat/ repaletizat. Acționarea se face de către motorul (cu verde) iar conveyorul are 3 randuri de lanțuri care asigură deplasarea paleților.

Figura 3.8. Conveyorul cu lanț

Paletul

Paletul utilizat în aplicația noastră are dimensiunile de 1200×800 mm și este un palet de tip EUR1. El este transportat de la stocatorul automat de paleți de către AGV si de sistemele de conveyoare cu lanț.

Figura 3.9. Paletul EUR1

Stocatorul automat de paleți/ AGV-ul

Stocatorul automat este elementul din sistem care încarcă automat AGV-ul cu paleti. Sistemul este mult mai rapid decât încărcarea manuală. AGV-ul realizează transportul paleților fie ei incărcați sau descărcați. Deplasarea se face cu ajutorul roților ce parcurg de la un capăt la altul șinele amplasate de-a lungul platoului. AGV-ul se deplasează pe o singură direcție (atât în sens negativ, cât și în sens pozitiv.

Figura 3.10. Stocatorul de paleți și AGV-ul

Obiectele de paletizat

Obiectele de paletizat au forma paralelipipedică. Astfel se poate face prinderea și manipularea lor foarte ușor de către roboți dotați cu un efector vacuumatic.

Figura 3.11. Obiectele de paletizat. În imaginea este vizibil și sistemul de liftare, folosit în schimbarea direcției de deplasare a cutiilor

Sistemul de înfoliere

Sistemul de înfoliere este prezentat în figura de mai jos. Un motor acționează platoul (transmisia se face cu ajutorul unei curele), iar celălalt motor realizează deplasarea pe direcție Z a sistemului de înfoliere. Practic, sistemul de înfoliere se deplasează de-a lungul axei Z în timp ce platoul pe care este poziționat un palet încărcat se rotește 360° . Astfel se realizează o înfoliere sigură si precisă.

Figura 3.12. Sistemul de înfoliere

Mașina de încărcare

Încărcarea sistemul de stocare ( cu paleti) precum și transportul către unitatea de depozitare, expediere, se face cu ajutorul unei mașini de acest tip, manevrată de un operator uman .

Figura 3.13. Mașină de încărcat

Descrierea funcționării de ansamblu a aplicației / sistemului tehnic și a rolului funcțional specific al subsistemelor componente în cadrul acesteia

Această celulă este dedicată operațiilor de depaletizare și repaletizare mixtă integrând doi roboți de tip braț articulat. Paletul, ce este încărcat cu diferite cutii, de aceeași dimensiune, dar conținut diferit, intră în sistem, fiind transportat de un sistem de conveyoare cu lanț. Paletul așteaptă într-o zonă intermediară, până când este preluat de un AGV cu role, ce îl depune pe un alt sistem de conveyoare cu lanț. Astfel, paletul încărcat ajunge în zona de lucru a roboților.

Roboții de tip braț articulat vor descărca una câte una cutiile, folosind efectorul vacuumatic cu ventuze. Cutiile sunt depuse pe un sistem circular de conveyoare cu role, sistem ce asigură recircularea cutiilor în sistem. În timp ce roboții depaletizează cutiile, AGV-ul transportă paleții de la stocatorul automat de paleți către zona de lucru a roboților. Transportul paletului este făcut și de conveyoarele cu lanț aflate în zona de lucru a roboților. Roboții depun cutiile de același tip pe paleți. Recunoașterea cutiilor se face cu ajutorul uni senzor VISION. La finalizarea poziționării cutiilor pe paletul corespunzător, conveyoarele cu lanț schimbă sensul de deplasare inițiale și aduc paleții în zona comună pentru a fi preluați de către AGV și duși către sistemul de înfoliere.

După ce paleții sunt înfoliați, ei vor fi preluați de către o mașină de încărcare/des-cărcare și transportați către unitatea de depozitare. Procesul se reia.

Specificul programării sau simulării asistate a funcționarii de ansamblu a aplicației / sistemului tehnic proiectat

Simularea asistată a funcționării de ansamblu a aplicației / sistemului tehnic proiectat într-un mediu de lucru de tip solid modeling (CATIA DMU Kinematics)

Componentele celulei au fost asamblate în softul CATIA V5, în modulul Assembly Design. Au fost uzitate comenzi precum Offset, Angle,Coincident,Contact Constraint.
Pentru realizarea simulării funcționării robotului ( dar și al oricărui alt sistem de mișcare) este crearea unui nou mecanism. Acest lucru se face urmărind secvență de comenzi următoare:
Start-Digital Mockup- DMU Kinematics -Creăm un mecanism nou.

Figura 3.14. Definirea unui mecanism nou

Prima comandă este aceea de a fixa baza robotului. Pentru a realiza mișcarea, trebuie ca o partea să fie fixă. Vom alege ca partea fixă să fi constituită din partea inferioară a bazei robotului.

Figura 3.15. Comanda de fixare a bazei robotului

Figura 3.16. Definirea părții fixe

Acum putem trece la realizarea axei 1 de rotație. Pentru a face acest lucru folosim comanda Revolute Joint. Pentru realizarea acestei comenzi avem nevoie de 2 linii și de 2 planuri. În cazul de față folosim axa cilindrului de la bază și axa modulului de rotație și 2 plane paralele. Este foarte important să setăm limitele de rotație în conformitate cu ce ne indică producătorul în manualul robotului IRB 6700 320/150. În acest caz, pentru axa 1 avem -170°- +170° de grade.

Figura 3.17. Definirea cuplei 1 de rotație

In următoarea fază vom folosi comanda Cylindrical Joint. În cadrul acestei comenzi ne sunt necesare doar axele în jurul cărora se realizează mișcarea

Figura 3.18. Definirea comenzii Cylndrical Joint

Pentru realizarea următorii mișcări vom folosi din nou comanda Cylindrical Joint.

Figura 3.19. Definirea comenzii Cylndrical Joint

Pentru realizarea mișcării de rotație a axei a 2-a folosim comanda revolute joint. Avem nevoie de 2 plane paralele si 2 axe de coincidență pentru a realiza aceasta mișcare.

Figura 3.20. Definirea cuplei 2 de rotație

Următoarea comandă este folosită pentru a realiza axa de rotație 3 a robotului, ultima a sistemului de poziționare. Am folosit comanda Revolute Joint între segmentul 2 si elementul de prindere al segmentului 1.

Figura 3.21. Definirea cuplei 3 de rotație

Pentru a realiza axa de rotație 4 folosim comanda Revolute Joint. Este axa care realizează prima mișcare de Roll.

Figura 3.22. Definirea cuplei 4 de rotație

Tot cu un Revolute Joint realizăm și mișcarea de Pitch a robotului. Se poate observa că am folosit 2 plane paralele și 2 axe de coincidență.

Figura 3.23. Definirea cuplei 5 de rotație

Ultima axă a robotului, axa 6, ce realizează de asemenea o mișcare de roll, și anume aceea a flanșei, este posibilă folosind tot Revolute Joint. .

Figura 3.24. Definirea cuplei 6 de rotație

Pentru a prinde efectorul de robot și ca acesta ( efectorul) să se deplaseze în conformitate cu mișcarea robotului, vom folosi tot comanda Revolute Joint între suprafața și axa flanșei și suprafața și axa robotului.

Figura 3.25. Instalarea efectorului pe robot

Totodată, pentru ca efectorul să se deplaseze o dată cu robotul trebuie sa folosim și comanda Rigid Joint, comandă ce ne solicita 2 part-uri. Vom selecta flanșa de prindere și efectorul, precum ne indică figura de mai jos.

Figura 3.26. Instalarea efectorului pe robot

In celulă fiind integrați 2 roboți identici ( integrați și ca ansamblu-product în CATIA) – comenzile efectuate se transmit și la cel de-al 2 lea robot.

Figura 3.27. Transferarea comenzilor către cel de-al doilea robot

Pentru simularea funcționării conveyorului cu role folosim comanda Prismatic Joint..

Figura 3.28. Simularea mișcării conveyorului

Această comandă realizează practic mișcarea de translație a cutiei pe suprafața conveyorului. Pentru ca această comandă sa fie activa trebuie să definim 2 linii paralele precum și 2 plane paralele. De asemenea este necesar să definim și lungimea pe care cutia o parcurge, conveyorul considerând cutia deja element fix.

Același tip de comandă îl aplicam și în cazul paletului și al conveyorului cu lanț. Astfel obținem deplasarea paletului pe conveyor.

Figura 3.29. Deplasarea paletului de-a lungul conveyorului

Tehnologia de fabricație a unui reper specific din cadrul ansamblurilor proiectate (flanșă efector)

Prezentarea desenului de execuție al reperului de realizat

Tabel 4.1. Datele generale ale reperului de realizat

Figura 4.1. Desenul de execuție al reperului de realizat

Reprezentarea și notarea suprafețelor specifice de prelucrat pe reperul de realizat

Se notează suprafețele ce vor fi prelucrate mecanic, în vederea analizei suprafețelor. Se descompune piesa în suprafețele simple ce o delimitează în spațiu (plane, cilindrice, conice, elicoidale, evolventrice, cicloidale etc.). Suprafețele se delimitează pornind de la o axă sau o suprafață de dimensiuni maxime într-o anumita ordine.

Figura 4.2. Delimitarea suprafețelor

Tabel 4.2. Detalii suprafețe

Caracteristici de material

OLC 45 este un oțel pentru tratamente termice, de rezistență ridicată și tenacitate medie, cum ar fi: discuri, arbori, biele, coroane dințate, piese supuse la uzura axe, șuruburi, piulițe) si pieselor fără rezistența mare în miez. Acest oțel se mai numește și otel carbon de calitate, pentru că are un grad ridicat de puritate și o compoziție chimică fixată în limite strânse, asigurând o constanța a caracteristicilor de calitate obținute prin tratamente termice (de îmbunătățire ± călire și revenire). Notarea mărcilor de oțel de uz general se face prin simbolul OLC (oțel carbon de calitate) urmat de doua cifre care reprezintă în sutimi de procente, conținutul mediu de carbon (astfel, OLC 45 are conținutul mediu de carbon 0,45 %).

Tabel 4.3. Compoziție chimică OLC 45

Tabel 4.4. Caracteristici mecanice și tehnologice:

Figura 4.3. Determinarea masei reperului de preoiectat

Clasa de piese

Avand in vedere caracteristicile sale geometrice, forma si poziția suprafețelor, se apreciaza că produsul face parte din clasa Flanșelor.

Funcțiile produsului, ale reperului și ale suprafețelor

Functiile produsului

Produsul pe care l-am proiectat face parte din clasa flanșelor, având rol de prindere și pozționare a end-effectorului robotului de tip braț articulat.

Tabel 4.5.Funcțiile suprafețelor

Tehnologicitatea construcției reperului

Gradul de unificare a diferitelor elemente constructive ale pieselor (găuri cilindrice, găuri filetate,alezaje) prelucrarea acestora făcându-se cu scule dimensionale sau profilate.

λe = ed/et , λe E (0,1], unde ed-este numărul dimensiunilor diferite;

et-numărul total al elementelor.

1) Găuri cilindrice: Ф10 /1 λe1 = 1/1=1

2) Găuri filetate: M12x18/11 λe2 = 1/11=0,09

3) Alezaje: Ф126H7/1 λe3 = 1/1=1

Gradul mediu de unificare a elementelor constructive λe este: λe = (1+0,09+1)/3=0,70 .
Materialul prescris fiind OLC45, forma si dimensiunile prescrise, programa de producție 10000 buc/an, vom adopta metodata de semifabricare prin matrițare pe prese.

Tabel 4.6. Procedeul de semifabricare

Pentru fiecare suprafață în parte vom prezenta succesiunea de prelucrări necesare obținerii piesei ce urmează a fi realizată.

Tabel 4.7. Succesiunea de prelucrări pentru fiecare suprafață

Selectarea sculelor si portsculelor, a regimurilor de lucru specifice și a MUCN / CP cu care se realizează prelucrările

Tabel 4.8. Prelucrările și sculele utilizate

Tabel 4.9. Sculele folosite

Planul de operatii pentru realizarea completa a reperului

Desenul semifabricatului utilizat

Figura 4.7. Semifabricatul utilizat

Schitele specifice fiecarei operatii tehnologice realizate

Se cunosc:

caracteristicile semifabricatului

prelucrările necesare

caracteristicile suprafețelor si programa de producție (10.000 buc/an)

principiile si resctricțiile privind determinarea structurii proceselor tehnologice

elementele definitorii privind structura simplificată

Având în vedere considerentele de mai sus, s-a efectuat gruparea prelucrărilor necesare și a altor activități necesare în operații principale și, respectiv, operații complementare, s-au determinat și celelalte elemente de definire a structurii simplificate a procesului tehnologic de fabricare si, corespunzător, se prezintă mai jos variantele de proces tehnologic de fabricare in structură simplificată:

Tabel 4.10.Operațiile de realizare a piesei

Proiectarea structurii detaliate a proceselor tehnologice de fabricație

Tabel 4.11.Detalierea proceselor tehnologice de fabricație

Utilajul folosit pentru realizarea piesei

Multus B300II este un strung multifuncțional cu doi arbori principali și cu cap de frezare, îmbinând perfect capacitățile unui strung, unui centru de prelucrare vertical și centru de prelucrare orizontal, echipat cu o magazie cu 40 de scule. Avantajul mașinii constă într-o productivitate mare cu timpi de prelucrare mici, față de un strung standard. Prinderea sculelor în arborele de prelucrare este de tip CAPTO sau HSK ți este dotat cu comanda numerica OSP – P300S.

Figura 4.4. Strungul multifuncțional Multus B300II

Acest strung oferă o prelucrare stabilă datorită batiului și a ghidajelor liniare proiectate să asigure o rigiditate mare, amortizarea vibrațiilor și o uzură cât mai redusă.

Figura 4.5. Turela strungului

Optional, strungul multifuncțional Multus B300II poate fi dotat cu un evacuator de șpan.

Figura 4.6. Evacuatorul de șpan

Desenul de executie final al reperului realizat

Figura 4.8. Prima prindere pentru realizarea reperului

Figura 4.9. A doua prindere a pentru realizarea reperului

Determinarea parametrilor regimului de așchiere

Tabel 4.12. Strunjire contur exterior degroșare

Figura 4.10. Calcul paramentrii strunjire contur exterior degroșare

Tabel 4.13. Strunjire contur exterior finisare

Figura 4.11. Calcul paramentrii strunjire contur exterior semifiniasare

Tabel 4.14. Filetare

Tabel 4.15.Gaurire Ф 12×15

Figura 4.12. Calcul paramentrii găurire Ф12×15

Tabel 4.16. Strunjire contur interior degrosare Ф126H7x22

Figura 4.13. Calcul paramentrii strunjire contur interior degrosare Ф126H7x22

Tabel 4.16. Strunjire contur interior finisare Ф126×22

Figura 4.14. Calcul paramentrii strunjire contur interior semifinisare Ф126H7x22

Tabel 4.17. Strunjire contur exterior degroșare Ф160×20

Figura 4.15. Calcul paramentrii strunjire contur exterior degroșare Ф160×120

Tabel 4.18. Strunjire contur exterior semifinisare Ф160×20

Figura 4.16. Calcul paramentrii strunjire contur exterior semifinisare Ф160×120

Tabel 4.19.Tabel centralizator regimuri așchiere

Normele de timp

Normele de timp pentru operațiile de prelucrare se determină după cum urmează:

La nivel de operație, norma de timp NT <min/buc> are expresia:

NT = Tb + Ta + Tdt + Tdo + Ton + Tpi/n ,

Ta = Ta1 + ∑(Ta2 + Ta3 + Ta4)k, Top = Tb+Ta

Tb = 1.49 min /buc

Ta1 = 0.11 min / buc – timpul de prindere desprindere piesa

Ta2 = 0.06 x 8(scule) = 0.48 min / buc – timpul total de schimbare a sculelor pentru o piesa

Ta= 0.11 + 0.48 = 0.59 min/buc

Top= 1.7 + 0.59 = 2.29 min/buc

NT- norma de timp

Tu – timpul unitar (min/buc)

Tpi – timpul de pregatire – incheiere a locului de munca (min/buc)

n – numarul de piese din lot (min/buc)

Tb – timpul de baza (min/buc)

Ton – timpul de odihna si necesitati

Ta – timpul auxiliar (min/buc)

Ta1 – timp de prindere si desprindere (min/buc)

Ta2, Ta3, Ta4 – timpiii auxiliari de comanda, reglare, control (min/buc)

Top – timpul operativ (min/buc)

Td – timpul de deservire a locului de munca (min/buc)

Tdt – timpul de deservire tehnica (min/buc)

Tdo – timpul de deservire organizatorica (min/buc)

Ton – timpul de odihna si necesitati fiziologice (min/buc)

Componentele normelor de timp se determina, dupa caz, prin calcul sau prin alegere din normative

5. Managementul de proiect

5.1. Planificarea proiectului

Pentru a realiza un proiect, trebuie urmărită pas cu pas secvența de etape ce cuprinde:

Concepția și identificarea scopului proiectului;

Stabilirea obiectivelor proiectului;

Finalizarea scopului proiectului;

Identificarea activității destinate proiectului;

Alocarea resurselor necesare fiecărei activitate;

Aproximarea duratei și a costului total al proiectului;

Identificarea factorilor ce ar putea afecta durata și costul proiectului;

Analiza scenariilor posibile și întocmirea unui plan de remediere.

Folosind softul de profil Microsoft Project Professional 2010 nu vom putea realiza etapele 1, 2, 7 și 8, însă nu vom putea realiza foarte ușor ceilalți pași ai secvenței de mai sus.

5.1.1. Descrierea temei principale a proiectului

Principală temă a proiectului este constituită de concepția unui sistem complex de depaletizare și repaletizare mixtă integrând un robot industrial de tip braț articulat și anume robotul ABB IRB 6700 150/3.20 .

5.1.2. Definirea etapelor proiectului și a sarcinilor acestuia

După realizarea schemei proiectului și a sarcinilor acestuia, trebuie introduse informațiile în softul Microsoft Project. Vom introduce toate datele în ordinea realizării cronologice a acestora în cadrul schemei în coloana Task Name astfel: Pe prima linie a tabelului avem numele proiectului si anume ” Sistem complex de depaletizare și repaletizare mixtă integrând un robot industrial de tip braț articulat ”.

Figura 5.1. Sarcinile proiectului

După ce am determinat și introdus predecesorii sarcinilor, și după ce am obținut diagrama Gantt, soft-ul determină durata totală de desfășurare a întregului proiect. Proiectul nostru are o durată totală de 199 de zile.

Figura. 5.2 Diagrama Gantt a activităților și etapelor

5.2. Alocare resurselor

În cadrul proiectului avem 2 tipuri de resurse utilizate:

Resurse destinate muncii – acestea termină activitățile în decursul timpului. De obicei aici intrǎ oamenii și echipamentele.

Resurse materiale – acestea sunt stocuri și costuri de care este nevoie pentru a termina proiectul.

Resursele destinate muncii utilizate în proiectul nostru sunt:

Student

Profesor îndrumător (coordonator științific)

Laptop

Imprimantă

Mouse

Tastatură

Plotter

Resursele material utilizate în proiectul nostru sunt:

Hârtie

Toner pentru imprimantă

Copertă

Hârtie

Softul de proiectare CATIA V5R21

Softul de inginerie asistată Ansys Workbench 16.1

Microsoft Office Professional

Windows 8.1

Figura. 5.3. Definire resurse

5.3. Analiza costurilor

Analiza costurilor a fost realizată prin generarea rapoartelor de tip cost report-cash flow. În acest raport se pot vizualiza costurile necesare pentru realizarea proiectului, grupate pe cele 4 trimestre.

Figura. 5.4. Raportul de tip cash-flow

Norme de protecție a muncii

Norme generale de protecție a muncii

În acest capitol avem prevederi de securitate a muncii ce este obligatoriu să respectate la proiectarea mijloacelor de producție (clădiri, mașini, dispozitive, utilaje, scule, etc.). Aceste prevederi rămân valabile până la acoperirea problematicii tratate prin standarde. Pentru elaborarea acestor tipuri de norme s-a folosit terminologia de specialitate din standardele aflate în vigoare.

În ideea în care normele specifice să corespundă cu cerințele de actualitate, în ceea ce privește conținutul, precum și forma de prezentare să fie conformă аltor acte normative și legislative, s-a apelat la utilizarea unor cuvinte cheie tipărite cu litera Helvetica sub formă de subtitlu, care precizează conținutul articolelor ce fac referire la аceeași problematică, simplificând utilizatorilor etapa de întelegere și găsire mai rapidă a textelor necesare. [3]

Art. 134 La începerea lucrului, robotul va fi reglat pentru regimul de lucru prescris în documentația tehnică.
Art. 135 La orice zgomot suspect în timpul funcționarii robotului trebuie acționa butonul “STOP”.
Art. 136 Se interzice reglarea supapelor de siguranță peste limitele prescrise pentru a evita deteriorarea unor elemente din instаlație. [3]
Art. 137 Se interzice blocarea releelor de presiune. [3]
Art. 138 În cazul apаriției unor scurgeri de lichid la conducte sau racorduri, va fi oprit robotul și remediata defecțiunea. [3]
Art. 144 Reparațiile și reglajele se vor executa numai de personal calificat și instruit pentru aceste oper а ții, numai după deconectarea robotului de sub tensiune și închiderea aerului de la instalațiile pneumatice. [3]
Art. 145 Repararea instalațiilor pneumatice este permisă numai după închiderea aerului de la rețea și scoaterea de sub tensiune a liniei automate. [3]
Art.149 Operatorul principal este obligat să avertizeze prin intermediul dispozitivelor acustice și optice, cuplarea liniei automate la rețea. [3]
Art. 150 Acționareа organelor de comanda se va face numai de la pupitru de comanda.
Art.151 Este interzisa traversarea liniei automate prin alte locuri decât pe culoarele prevăzute în acest scop. [3]
Art. 152 Controlul piesei între operații este permis numai dupa scoaterea liniei automate de sub tensiune. [3]

Norme de protecție a muncii (simboluri) prevăzute în manualul de produs al robotului ABB IRB 6700

Tabelul 6.1. Norme de protecție a muncii

Concluzii finale

Elemente de noutate specifice temei abordate

Robotul industrial este caracterizat ca fiind un manipulator tridimensional, multifuncțional, reprogramabil, apt să deplaseze unelte, piese, sau aparate speciale după traiectorii predefinite, în scopul efectuării unor operații diversificate de fabricație.

În ceea ce privește operația de paletizare, roboții industriali sunt utilizați, în special, pentru automatizarea operației. Ei au rolul de a realiza operațiile cu o rapiditate mai mare, eficiență crescută și chiar cost scăzut.

Contribuții originale aduse de absolvent prin elaborarea Proiectului de Diplomă

Pentru elаborare а proiectului de diplomă, din punct de vedere al originalității au fost realizate următoarele:

Realizarea analizelor comparative referitoare la celule similare celei de proiectat și roboți asemănători celui de proiectat. Studiul roboților a fost efectuat pe produse oferite de firmele ABB,Comau , KAWASAKI și Yaskawa MOTOMAN;

Proiectarea unui sistem complex de depaletizare/ repaletizare mixtă cu ajutorul unui mediu de lucru virtual dedicat și anume CATIA V5R21;

Modelarea asistată (CAE) a comportării statice (realizată cu ajutorul softului ANSYS Workbench 16.1) a elementului structural corespunzător segmentului 2 al brațului articulat al robotului industrial;

Realizarea tehnologiei de fabricație a reperului specific ales (flanșa de ieșire a robotului) din cadrul ansamblurilor proiectate;

Realizarea calculelor cinematice și de determinare a încărcărilor aplicate ansamblului general al robotului, precum și determinarea parametrilor funcționali și a solicitărilor aplicate ansamblurilor parțiale de proiectat;

Prezentarea simulării asistate a funcționării de ansamblu a aplicației robotizate realizată;

Proiectarea structurii organologice și cinematice a sistemului de orientare;

Modelarea asistată (CAE) a comportării dinamice realizată folosind programul ANSYS Workbench 16.1 a ansamblului structurii robotului industrial din cadrul temei.

Bibliografie

[1] Nicolescu, A. – Implementarea Roboților Industriali in Sistemele de Producție, note de curs și metodologii de proiectare, UPB, 2016

[2] https://www.youtube.com/watch?v=FbPWQ3RLmAg&index=23&list=PL80A41CFCDAEEB595

[3] Manual Robot ABB IRB 6700 150/3.20

[4] https://www.youtube.com/watch?v=92wHYjk9go8

[5] https://www.youtube.com/watch?v=uHP1St2CtEw

[6] https://www.youtube.com/watch?v=1saljYFVy-8&t=337s

[7] https://robotics.kawasaki.com/en1/products/robots/large-payloads/CX210L/

[8] http://www.comau.com/Download/robot/nj130-20/Comau_Nj13020_Workingareas.pdf

[9] https://www.motoman.com/industrial-robots/mpl100-ii

[10 Nicolescu, A. – Concepția si Exploatarea Roboților Industriali, note de curs si metodologii de proiectare, UPB, 2016

[11] Dobrescu T. – Bazele Cinematicii Roboților Industriali, Ed. Bren, ISBN-973-9427-02-2, Bucuresti,1998

[12] Olaru A. – Dinamica Robotilor Industriali, Ed. Bren, 2005

[13] Pupăză, C.,Parpală, R. – Modelare și analiză structurala cu ANSYS Workbench – POLITEHNICA PRESS , 2011

[14] Pupăză, C –Inginerie Asistata de Calculator, note de curs, UPB, 2016

[15] Tonoiu S.–Tehnologia Fabricării Componentelor Roboților Industriali, note de curs,

[16] Nicolescu A., Coman C.– Acționari electrice pentru mecatronica si robotică, note de curs si metodologii de proiectare, UPB, 2014,

[17] Nicolescu A., – Componente si ansambluri tipizate in construcție modulara pentru RI si SPR, note de curs si metodologii de proiectare, UPB, 2012

[18] Nicolescu A., – Componente mecanice tipizate, note de curs si metodologii de proiectare, UPB, 2014

[19] Nicolescu A. – Proiectarea Roboților Industriali. Partea I. Conceptul sistemic unitar de roboti integrat în mediul tehnologic. Subsistemul mecanic al RI. Motoare de acționare utilizate la RI,UPB, 1997

[20] Popescu D. – Baze CAD pentru componente si subansambluri tipizate pentru RI, note de curs, UPB, 2015

[21] Popescu D. – Îndrumar CAD CATIA V5R8, ISBN 973-700-011-0, Editura Aius, 2004

[22] Popescu D. – Proiectare 3D CATIA, note de curs, UPB, 2014

[23] Popescu D. – CADSFF, Note de curs, UPB, 2015

[24] Popa Laurențiu – Management de proiect, note de curs, UPB, 2015