CHERECHEȘ D.C. Dragoș-Mihai [307502]

[anonimizat]: [anonimizat],

Prof. dr. ing. NICOLESCU Florin Adrian

2019

Universitatea POLITEHNICA din București

Facultatea de Inginerie Industrială si Robotică

Departamentul Roboți și Sisteme de Producție

Programul de studii Roboticǎ

[anonimizat]: [anonimizat],

Prof. dr. ing. NICOLESCU Florin Adrian

2019

Departamentul Roboți și Sisteme de Producție

Studii universitare de Licență

Domeniul Mecatronicǎ și Roboticǎ

Programul de studii Roboticǎ

TEMA

PROIECTULUI DE DIPLOMĂ

Celulă robotizată de șlefuire a [anonimizat],

Absolvent: [anonimizat],

Prof. dr. ing. [anonimizat],

Prof. dr. ing. Cristian DOICIN Prof. dr. ing. Tiberiu DOBRESCU

2019

Capitolul 1. Studiul de fundamentare tehnica a temei de proiect

1.1. Introducere. Generalitati privind celulele fabricatie robotizate pentru operatii de slefuire

1.1.1. [anonimizat]: operatie de slefuire presupune trecere in mod repetat a unei suprafete abrazive cu un reper; in functie de rugozitatea dorita la suprafata de prelucrat se alege granulatia dispozitivului de slefuire.

– dimensiuni reperelor ce intra in celula sunt de 285mmx585mm

– slefuire reperelor se face pe cantul acestora de un dispozitiv de slefuire laterala automat cu banda proprie de antrenare si sistem de oprire/pozitionare

– intrarea si iesirea din celula a fost aleasa in asa fel incat sa existe un flux continuu de repere ci nu un flux concentrat in stive neasigurate al caror specific este faptul ca nu au stabilitate la alunecarea la contactul dintre repere

1.1.2. [anonimizat]

– efectorul este echipat cu 4 [anonimizat] a fortelor la nivelul efectorului;

– categorii de obiecte posibil a fi manipulate sunt placi de lemn cu o latime maxima de 350mm si 1000mm lungime.

– masa totala a efectorului este de 11.41kg;

1.1.3 Analiza comparativa a celulelor de fabricatie robotizate pentru operatii slefuire

– o celula de slefuire poate intra in una din trei categorii diferenta fiind in ceea ce este manipulat: [anonimizat].

– prezentarea specificului conceptiei si exploatarii pentru minimum 5 [anonimizat], cu identificarea subsistemelor componente (marcaje si legenda cu denumiri specifice)

Motoman Robot Woodworking Solutions

Celula de slefuire laterala a reperelor de lemn.

Robotul motoman deserveste masina de slefuire Sprint

Robotul este echipat cu un efector vaccumatic de mici dimensiuni.

[anonimizat], machining, edgebanding, sanding

Celula robotizata de prelucrare a lemnului.

Robotul deserveste o [anonimizat], [anonimizat]ire.Acesta este echipat cu un efector vacumatic.

KUKA Woodworking Application

Celula de aplicare a cantului inegrant un robot brat articulat KUKA echipat cu efector vacumatic.

Robotul deserveste o masina de automata de lipire a cantului si o statie de debitare si trimmuire a acestuia.

Robotic wook working

https://www.youtube.com/watch?v=wbbD9-ZfcX8

Celula robotizata de slefuire a lemnului ce inegreaza un robot de tip brat articulat.

Robotul deserveste doua masini de slefuire si de cantuire in vederea pregatirii placilor debitate pentru mobila.Robotul este echipat cu un efector de tip vacumatic.

Biesse Cells – Rover B – Kuka – Raw MDF Panel Processing

https://www.youtube.com/watch?v=AiC-lJ0fbcs

Celula robotizata de debitare a placilor de MDF integrand un robot de tip brat articulat.

Robotul preia placile de dimensiuni standard de pe stive venite conveiior, le centreaza si alimenteaza freza CNC in vederea obtinerii dimensiunilor finale.

Woodworking Robotic cell for Casket components

Celula robotizata de prelucrare a lemnului integrand un robot de tip brat articulat.Robotul este echipat cu un efector vacumatic. Robotul are ca scop preluarea, frezarea si slefuire in scopul formarii produsului finit.

– vederea de sus de tip drafting a celulei cu indicarea schematizata a fluxurilor logistice

-efectorul este format din patru pentuze model CPI-60-125PF-B-45

de la firma Destaco impreuna cu un bloc de distributie din aluminiu si un senzor de forta de la firma ATI

– categorii de obiecte manipulate de catre RI in cadrul aplicatiei robotizate sunt repere de tip placa din lemn sau derivate ale acestuia

1.1.4 Concluzii privind structura aplicatiei robotizate de proiectat si caracteristicile constructiv-functionale de baza ale subsistemelor incluse

– functionarea celulei este reprezentata de succesiunea urmatoarelor operatiuni:

Reperul intra in sistem

Robotul primeste un semnal de tip digital la prezenta repreului

Reperul este preluat de catre robot si lasat in sistemul de centrare

Repreul centrat este preluat de robot si dus la masina de slefuire laterala

Masina de slefuire primeste un semnal de la robot sa inceapa operatiunea

Masina slefuieste una din fete si opreste reperul prin oprirea benzii de antrenare si a unui opritor pneumatic

Robotul preia reperul si il roteste 90 de grade si il pozitioneaza la intrarea in masina

Pasii 6 si 7 se repeta pana cand toate cele 4 fete ale reperului au fost slefuite

Reperul este pus pe conveiorul de iesire si este trimis semnalul aferent pentru pornirea acestiua

– prezentarea caracteristicilor constructiv-functionale generale ale subsistemelor incluse in aplicatie: producatori de subsisteme similare celor ce vor fi integrate in aplicatie, imagini tip fotografie pentru fiecare tip de subsistem inclus, scurta caracterizare tehnica si descriere a functionalitatii specifice a acestuia in cadrul aplicatiei, fise tehnice de produs cu date tehnice (caracteristici constructiv – functionale, vederi cu cote de gabarit si de detaliu etc);

– prezentarea variantei de RI utilizate in cadrul aplicatiei (arhitectura generala, numar grade de libertate, producatori alternativi etc, utilizand doar imagini tip fotografie fara detaliere completa a datelor tehnice)

– prezentarea specificului constructiv – functional al efectorului utilizat pentru RI integrat in aplicatia proiectata. Producator, imagini reprezentative din mai multe unghiuri de vedere, caracteristici constructiv-functionale, baze CAD disponibile.

– elemente distinctive (daca este cazul) privind specificul exploatarii RI in cadrul aplicatiei robotizate de proiectat in raport cu modelul de referinta utilizat pentru aplicatia robotizata (pentru care s-a prezentat la inceput filmul de fundamentare).

1.2 Fundamentarea finala a modelului de celula robotizata aferent temei de proiect de diploma (vezi film aplicatie)

1.2.1. Analiza detaliata a modelului de referinta pe baza caruia s-a realizat fundamentarea aplicatiei robotizate de proiectat.

Celula robotizata de slefuire a reperelor fabricate din lemn, integrand un robot de tip brat articulat.

– prezentarea aplicatiei de referinta ce a stat la baza fundamentarii temei de proiect. Se vor prezenta succesiv:

– denumirea aplicatiei / filmului de referinta, https://www.youtube.com/watch?v=_wvNTG5Ra7k

.

CAPITOLUL 2. Analiza comparativa a variantelor constructive similare de RI / sisteme tehnice similare celui de proiectat

2.1. Analiza comparativa a caracteristicilor tehnice (constructive si functionale ale RI de tip brat articulat.

Pentru fiecare RI analizat vor fi incluse:

ABB IRB 6650-125/3.5

Masa portanta maxima: 125kg

KR 120 R2900 extra

Masa portanta maxima: 120kg

IRB 6700-150-3.20

Masa portanta maxima: 150kg

Kawasaki ZX130LFE02001

Masa portanta maxima: 130kg

YASKAWA GP180-120

Masa portanta maxima: 120kg

R-2000iC/125L

Masa portanta maxima: 125kg

2.2. Concluzii privind varianta constructiv – functionala si tipodimensiunea de RI integrat in aplicatia robotizata proiectata.

In urma analizei comparative se observa ca modelul de robot ABB IRB 6650/125 este optim pentru aplicatia studiata deoarece dintre toti robotii studiati acesta este cel ce satisfice ofera un maxim de mobilitatea a tcp-ului si o viteza finala a acestuia superioara.

Ventuze alese

Dispozitiv de complianta ales

2.3. Proiectarea structurii cinematice si organologice complete a ansamblurilor partiale stabilite prin tema de proiect

Elaborare shcema de calcul

Reprezentare centre de calcul

Reprezentare centre de masa

Masa totala a robotului (specificatii) = 1780kg

Volum total (CAD) = 0.568 m3

Densitatea robotului = 3128.82919 kg/m3

m1=366.07 kg

m2=775.94 kg

m3=247.17 kg

m4=203.37 kg

m5=159.57 kg

m6=25.03 kg

m7=2.82 kg

m8=11.41 kg

m9=0.957 kg

Localizare centre de masa

Cote de legatura pentru flansa

2.3.1 Elaborarea schemei de calcul

2.3.2Schema cinematica structurala

2.3.4 Reprezentarea forțelor gravitaționale

Pentru determinarea forțelor de greutate ce acționează asupra ansamblelor s-a folosit formula:

G = mi * g, unde g = 9.80665 m⁄s2.

G1 = m1*g = 366.07*9.80665 = 3589.936N

G2 = m2*g = 775.94*9.80665 = 7609.438N

G3 = m3*g = 247.17*9.80665= 2423.974N

G4 = m4*g = 203.37*9.80665 = 1994.409 N

G5 = m5*g = 159.57*9.80665 = 1564.844N

G6 = m6*g = 25.03*9.80665 = 245.4657N

G7 = m7*g = 14.23*9.80665 = 27.77015N

G8 = m8*g = 0.957*9.80665 = 111.8939N

Calculul forțelor inerțiale de tip centrifugale și tangențiale

i – coeficient pentru fiecare centru de masa

j – coeficient pentru cupla

εj= ω𝑚𝑎𝑥/(𝑡𝑎𝑐𝑐/𝑓𝑟)

ωi = 110°/s = 1.9 rad /s

tacc/fr= 0,5 s

ε1= 1,40/0,5 = 3,8 rad/s2

𝐹1 𝒕𝒈𝟐= m2 * ε1* R21 = 273244.2N

𝐹1 𝒕𝒈3 = m3 * ε1* R31 =862368.7N

𝐹1 𝒕𝒈4 = m4 * ε1* R41 =880736.1N

𝐹1 𝒕𝒈5 = m5 * ε1* R51 =1326674N

𝐹1 𝒕𝒈6 = m6 * ε1* R61 =257230N

𝐹1 𝒕𝒈7 = m7 * ε1* R71 =146239.9N

𝐹1 𝒕𝒈8 = m8 * ε1* R81 =9834.967N

𝐹 1𝒄𝒇𝟐= m2 * ω𝑖 2 * R21 = 136622.1N

𝐹 1𝒄𝒇3 = m3 * ω𝑖 2 * R31 = 431184.4N

𝐹 1𝒄𝒇4 = m4 * ω𝑖 2 * R41 = 440368N

𝐹 1𝒄𝒇5 = m5 * ω𝑖 2 * R51 = 663337.1N

𝐹 1𝒄𝒇6 = m6 * ω𝑖 2 * R61 = 128615.1N

𝐹 1𝒄𝒇7 = m7 * ω𝑖 2 * R71 = 73119.94N

𝐹 1𝒄𝒇8 = m8 * ω𝑖 2 * R81 = 4917.483N

ω2 = 90°/s = 1,57 rad /s

ε2= 1,40/0,5 = 3.14 rad / s2

𝐹2 𝒕𝒈3 = m3 * ε2* R32 =493.9883N

𝐹2 𝒕𝒈4 = m4 * ε2* R42 =895.2804N

𝐹2 𝒕𝒈5 = m5 * ε2* R52 =938.5093 N

𝐹2 𝒕𝒈6 = m6 * ε2* R62 =176.3957N

𝐹2 𝒕𝒈7 = m7 * ε2* R72 =19.25925N

𝐹2 𝒕𝒈8 = m8 * ε2* R82 =76.48334N

𝐹2 𝒕𝒈9= m9 * ε2* R92 =6.414948N

𝐹 2𝒄𝒇3 = m3 * ω𝑖 2 * R32 =246.9942N

𝐹 2𝒄𝒇4 = m4 * ω𝑖 2 * R42 =447.6402N

𝐹 2𝒄𝒇5 = m5 * ω𝑖 2 * R52 =469.2546N

𝐹 2𝒄𝒇6 = m6 * ω𝑖 2 * R62 =88.19786N

𝐹 2𝒄𝒇7 = m7 * ω𝑖 2 * R72 =9.629623N

𝐹 2𝒄𝒇8 = m8 * ω𝑖 2 * R82 =38.24167N

Calcul Axa 3

𝐹3 𝒕𝒈4 = m4 * ε2* R43 =728.1465N

𝐹3 𝒕𝒈5 = m5 * ε2* R53 =1096.806N

𝐹3 𝒕𝒈6 = m6 * ε2* R63 = 212.6657N

𝐹3 𝒕𝒈7 = m7 * ε2* R73 = 24.0594N

𝐹3 𝒕𝒈8 = m8 * ε2* R83 =96.9422N

𝐹 3𝒄𝒇4 = m4 * ω𝑖2 * R43 =364.0732N

𝐹 3𝒄𝒇5 = m5 * ω𝑖 2 * R53 =548.4029N

𝐹 3𝒄𝒇6 = m6 * ω𝑖 2 * R63 =106.3328N

𝐹 3𝒄𝒇7 = m7 * ω𝑖 2 * R73 =12.0297N

𝐹 3𝒄𝒇8 = m8 * ω𝑖 2 * R83 =48.4711N

Reducerea sarcinilor in centrul de calcul al axei 6

α=(Lg7 – Lg6)2 =Rc622 + Rc722 – 2 * Rc62 * Rc72 * cos (α) =arccos ((Rc622 + (Rc72)2 – (Lg7 – Lg6)2) / 2 * Rc62 * Rc72 ))=3.3°

α2 =(Lg8 – Lg7)2 = (Rc72)2 + (Rc82)2 – 2 * Rc72 * Rc92 * cos (α2) =arccos (((Rc72)2 + (Rc82)2 – (Lg8 – Lg7)2) / 2 * Rc72 * Rc82 ) = 2,8°

β7 = 90° – (17,9° ) = 72.1°

β8 = 90° – 17,9° – 20° = 52,1°

B7 = 90° – α7 = 20°

B8 = 90° – α8 = 18°

A7 = 90° – γ7 = 90° – 8,5°=81,5°

A8 = 90° – γ8 = 90° – 9.6° = 80,4°

932 = (1387)2 + (Rc73)2 – 2 * 1387 * Rc73 * cos (γ7)= arccos [(1387)2 + (Rc73)2 – 732] / 2 * 1387 * Rc73= 10°

1972 = (1387)2 + (Rc83)2 – 2 * 1387 * Rc83 * cos (γ8 + γ7) = γ8 + γ7 = arccos [(1387)2 + (Rc83)2 – 2332] / 2 * 1404 * Rc83 = γ8 = 9,45° – γ7 = 9,45° – 3,79° = 6°

Determinarea componentelor torsorului rezultant redus in centrele de calcul ale cuplei 6

F7X = Fcf72 * cos(90°- β7) + Fcf73 * cos γ7 + Ftg72 * cos(90°- B7) –

Ftg73 * cos A7 + Fcf71

F7X = 66,746 N

F8x = Fcf82 * cos(90°- β8) + Fcf83 * cos γ8 + Ftg82 * cos(90°- B8) –

Ftg83 * cos A8 + Fcf81

F8X = 220,176 N

FREDx(6) = F7x + F8x = 66,746 + 220,176 = 286,922 N

F7Y = -Ftg71 = -32,228 N

F8Y = -Ftg81 = -110,321 N

FREDy(6) = F7y + F8y = -32,228 + (-110,321) = -142,549 N

F7Y = Fcf72 * cos(β7) – G7 – Ftg73 * cos(90°- A7) – Ftg72 * cos(B7) –

Fcf73 * cos(90°- γ7)

F7Z = – 67,619 N

F8Z = Fcf82 * cos(β8) – G8 – Ftg83 * cos(90°- A8) – Ftg82 * cos(B8) –

Fcf83 * cos(90°- γ8)

F8Z = – 233,981 N

FREDz(6) = F7z + F8z = -67,619 + (-233,981) = -301,6 N (FA)

(FR)2 = (FREDx(6))2 + (FREDy(6))2 = >FR = 320,381 N

MREDx = F8y * [(Lg8 – Lg7) + (Lg7 – Lc6)] + F7y * (Lg7 – Lc6)

MREDx = (-110,321)*[(335 – 195)+(195 – 166)]+(-32,228) * (195 – 166)

MREDx(6) = -19,578 Nm

MREDy = F8x * (Lg8 – Lc6) + F7x * (Lg7 – Lc6)

MREDy= (220,176) * 169 + (66,746) * 29

MREDy(6) = 39,145 Nm

(MR)2 = (MREDx)2 + (MREDy)2 = >MR = 43,767 Nm

Pentru calculul Mz(ultima componenta a torsorului rezultant redus), este necesar calculul momentului de inertie redus total si viteza de rotatie pe axa 6 a RI.

Mz = JREDTOTAL * ε6

ε6 = ω6 max / tacc/fr = 190°/s / 0,5 s = 380°/s = 6,632 rad/s2

2.3.5 Calulul pentru alegerea reductorului si motorului pentru axa 6

Criteriul 1:

Tabel pentru momentul si forta permisa pe sistemul de lagaruire din reductor

Primul criteriu in alegerea reductorului cicloidal pentru axa 6 este ca Fz(FA) calculate sa fie mai mic sau egal cu forta axiala permisa.

Fz = 301,6 N < 1470 N

Criteriul 2:

– Momentul de rasturnare calculat anterior (MR) calculat anterior sa fie mai mic sau egal cu valoarea denumita in catalog “Allowable moment”, pornind de la linia de tabel care indeplineste si primul criteriu mentionat mai sus.

MR = 1770 Nm < 3920 Nm => Criteriu indeplinit

Se alege preliminar tipodimensiunea RV-160E

Criteriul 3:

-Introducerea valorilor pentru FA si MR in diagrama momentului de rasturnare admisibil (“Allowable moment diagram”).

ω6 = 235°/s = 4.1015rad/s

ω6 = (π * n) / 30 => n necesar iesire = (30 * ω6 )/π = 39,166 rpm

Daca pentru 30 rpm avem cuplul de iesire 1274 Nm, pentru 39,166 rpm avem x Nm cuplul de iesire ( “Output torque” catalog).

x = (39.166 * 1274) / 30 = 1663.24 Nm

Conditie:cuplu de iesire rezultat din calcule > Mz

120 Nm < 1663.24 =>Criteriu indeplinit

2.2.6 Calcul alegere motor:

Pentru raportul 1:

iRC = 1/80

niesire = nintrare * iRC => nintrare = 39,1666* 80 = 3133 rpm

Jr total = Jfrana + Jrotor ME + JRC + (iRC)2[JFL + JEF + JOB]

Jr total = 23,6 * 10-4+ 21,8 * 10-4+ [(1/80)2*2,4558]

Jr total = 0,492 *10-3 kgm2

εME = 80 * ε6 = 80 * 4,18 = 334,4 rad/s2

Pentru raportul 2:

iRC = 1/110

niesire = nintrare * iRC => nintrare = 39,1666* 110 = 4310rpm

Jr total = Jfrana + Jrotor ME + JRC + (iRC)2[JFL + JEF + JOB]

Jr total = 23,6 * 10-4+ 21,8 * 10-4+ [(1/110)2*2,4558]

Jr total = 0,474 * 10-3kgm2

εME = 110 * 4,18 = 459,8 rad/s2

Pentru raportul 3:

iRC = 1/160

niesire = nintrare * iRC => nintrare = 39,1666 * 160 = 6266 rpm

Jr total = Jfrana + Jrotor ME + JRC + (iRC)2[JFL + JEF + JOB]

Jr total = 23,6 * 10-4+ 21,8 * 10-4+ [(1/160)2*2,4558]

Jr total = 0,4635 * 10-3kgm2

εME = 160 * 4,18 = 668,8 rad/s2

Criterii de alegere pentru motor:

Criteriul cinematic:

nintrareRC≤ n maxim catalog ME

Turatiile minime necesare de intrare sunt :

3133 rpm < 6000 rpm

4310 rpm < 6000 rpm

6266 rpm < 6000 rpm

Criteriul static:

Mstatic REZ ≤ Mnominal catalog

Mnominal (Rated torque)

Mstatic REZ = Mfrecare interna RC(Mfrecare lagare flansa RI)

Se studiaza diagrama de moment fara sarcina aplicata (“No-load running torque”).

Mstatic necesar = 240 Nm

Mstatic pe fiecare raport de transmitere (1/80; 1/110) :

= 3 Nm

= 2.18 Nm =>

Criteriul dinamic :

Mdinamic REZ ≤ M max catalog ME (Peak torque)

Mdinamic REZ = Mstatic REZ/ raport transmitere+ Jredus total * εME

Raport 1/80 : Mdinamic REZ = Mstatic + JRedus Total + εME= 1.4 Nm

Raport 1/110 : Mdinamic REZ = Mstatic + JRedus Total + εME = 2.7 Nm

Valoare catalog = 3.2 Nm

Criteriul dinamic este indeplinit.

Verificarea parametrilor de performanta:

tacc=(4/375)* Jredus total arbore ME pe intreg LC * nCATALOG * [(0,7/0,2*Peak torque – Mfrecare interna reductor) +(0,3/ Jredus total arbore ME pe intreg LC * εME)

tacc si tfr < 0,5 s

Cazul 1 :

iRC = 1/80

nCATALOG = 6000 rpm

Jredus total arbore ME pe intreg LC=0,492 *10-3 kgm2

εME = 334,4 rad/s2

Mfrecare interna reductor = 2.7 Nm

tacc = 0,045 s

tfr = 0,185 s

Cazul 2 :

iRC = 1/110

nCATALOG = 6000 rpm

Jredus total arbore ME pe intreg LC = 0,474 * 10-3kgm2

εME = 459,8 rad/s2

Mfrecare interna reductor = 1.4 Nm

tacc = 0,015 s

tfr = 0,101

Reducerea fortelor in centrul de calcul 5

β6= 46,3°

α6 = 63,8°

γ6 = 13,98°

F6x = Fcf62 * cos(90°- β6) + Fcf63 * cos γ6 +Ftg62 * cos(90°- B6) +

Ftg63 * cos A6 + Fcf61

F6x = 174,524 * cos(46,3°)+74 4 * cos(13,98°) + 236 * cos(58.4°)+

19,18 * cos (63,8°) + 246

F6x = 85 N

FREDx(5) = F6x + FREDx(6) = 865,07 + 304,44 = 1169,51 N

F6y = -Ftg61 = -31,24 N

FREDy(5) = F6y + FREDy(6) = -381,24 + (-142,549) = -523,789 N

F6z = Fcf62 * cos(β6) + Ftg63 * cos(90°- A6) –Ftg62 * cos(B6) –

Fcf63 * cos(90°- γ6)

F6z = 165,524 * cos(66,2°) + 98,284 * cos(83,45°) –209,637 * cos(23,8°) – 125,218 * cos(6,55°)

F6z = -76N

FREDz(5) = F6z + FREDz(6) = -76 + (-30,5) = 106,5 N (FA)

(FR)2 = (FREDx(5))2+(FREDy(5))2 = > FR = 645 N

MREDx = F6y * Lg6 + MREDx(6)

MREDx = (-31,24) * 0,039 + (-19)

MREDx(5) = 10 Nm

MREDy = F6x * Lg6 + MREDy(6)

MREDy= (865,07) * 0,039 + 34,62

MREDy(5) = 68,355 Nm

(MR)2 = (MREDx)2+(MREDy)2 = > MR = 102,975 Nm

nnecesar = (30 * ω5) / π = ( 30 * 2,79 ) / π = 26,65 rpm

Pentru calculul Mz este necesar calculul momentului de inertie redus total si viteza de rotatie pe axa 5 a RI.

Mz = JREDTOTAL * ε5

ε5 = ω5 max / tacc/fr = 80°/s / 0,5 s = 160°/s = 2,79 rad/s2

Mstatic REZ(5) = (Greper+efector) * Lg8 + Gflansa * Lg7 + Gpitch* x

Mstatic REZ(5) = (mreper+efector * g) * Lg8 + mflansa *g * Lg7 + mpp *g* x

MstaticREZ(5)=(33,652*9,81*0,999)+(12.689*9,81*0,322)+(12.689*9,81* 0,189)

Mstatic REZ(5) = 80,568 + 13,402 + 7,262 = 206,93,232 Nm

2.4 Calcule cinematice si de determinare a incarcarilor aplicate ansamblului general al RI / sistemului tehnic proiectat. Identificarea configuratiei / schemei de solicitare celei mai defavorabile pentru functionarea RI / sistemului proiectat

2.4.1Prezentarea

Robotul ales este de tip brat articulat modelul IRB 6650-125 produs de ABB, acest robot nu are o destinatie prevazuta dar poate fii folosit pentru sudare in puncte, manuire de materiale, extragerea reperelor de masa plastica si asamlare.

Caracteristici:

Grade de libertate : 6

Masa portanta maxima: 125 kg

Repetabilitate pe pozitie: 0.13 mm

Repetabilitate pe traiectorie: 0.90 mm

Raza de actiune: 3.5 m

Pozitie de lucru: pe suport de suprainaltare

2.4.2Spatiu de lucru

2.4.3 Schema structurală a robotului

2.3.4 Schema cinematică a robotului

k

2.3.5 Dispunerea axelor sistemelor de coordonate pentru fiecare cupla

axa z este pe directia axei cuplei;

axa x este prelungirea perpendicularei comune dintre axa z actuala si axa z a sistemului de coordonate anterior ;

axa y este obtinuta dupa regula sistemului drept

2.3.6Algoritmul de calcul

Datorita faptului ca robotul este de tip brat articulat se va folosii algoritkmul lui Denavit-Hartenberg.

d – distanta dintre origini(On si On-1) pe directia axei z.

θ – unghiul dintre Zn-1 si noua origine On, se roteste astefel incat Xn-1 devine paralela cu Xn

r – distanta dintre origini, On-1 si On,se translateaza in lungul axei X pana cand coincide axele

α – unghiul care roteste in jurul noi axe Xn pentru a suprapune axele Zn si Zn-1

Matricile de transformare omogene de tip rotatie:

2.3 Modelarea asistata CAE

2.3.1 Identificarea modelului si tipodimensiunii robotului

Robotul identificat in aplicatie este ABB IRB 6650-125

2.3.2 Caracteristicile constructiv-funcționale ale robotului

2.4 Model 3D

Fig.2 Solid robot

2.5 Vederi ortogonale

Fig.3 Vedere robot

Fig.4.1 Vedere robot

Fig.4.2 Vedere robot

Fig.4.3 Vedere ortogonala

2.6 Pregătirea modelului pentru simulare – curățarea și simplificarea geometriei

Fig.5 Geometrie curatata

Segemtul 1 (portocaliu) a fost simplificat de orice element auxiliar ce putea creea probleme la discretizare, modeul CAD a fost păstrat cât mai aproape de modelul real rămânând zonele de importanță strucurala.

2.7 Analiza cu element finit pentru robotul IRB 6650

2.7.1 Analiza cinematica

A fost efectuata analiza cinematică cu ajutorul Rigid Dynamics.

Au fost definite cuplele.Fig.6 Definirea cuplelor

Au fost importate pozitile cuplelor din Process Simulate

Fig.7 Captura ecran Process Simulate

Pentru a crește viteza de calcul a fost ales un interval de 5 secunde

Fig.8 Ciclograma pentru cupla 3

În urma problemelor descoperite ulterior între scaun și monitor a existat nevoia compensării acestor probleme prin corecatarea datelor exportate și aducerea punctului de început al graficului de mișcare specific fiecărei cuple în zero printr-o operație simplă în EXCEL.

Fig.8 Extras EXCEL

În cadrul analizei cinematice au fost evidențiate urmaotarele rezultate: Deformatia totala

Fig.9 Grafic deformatie totala

Acceleratia totala

Fig.10 Grafic acceleratie totala

Viteza totala

Fig.11 Grafic viteza totala

De asemenea se pot regăsi artefacte cu proveniență necunoscută la t=1,2s maxim de accelerație care apare la nivelul flanșei robotului.

2.7.2 Analiza in regim static

În cadrul analizei statice a fost presupus robotul staționar cu frânele acționate în vederea evidentieraii deformațiilor structurale rezultate pur din elementele ne acționate ale robotului, nu din frâne,motoare sau elemente de lagaruire.

Fig.12 Deformatii totale

A fost aplicata o fortă de 1500 N pe flansa robotului si acceleratia gravitationala medie a pamantului, forta este la capatul maxim al plajei de functionare a robotului.

Tensiunile maxime apar în locurile cel mai des suspectate, adica in zonele cu racordare si secțiuni înguste si inflexiuni ale suprafețelor.

Fig.13 Tensiuni echivalente

2.7.3 Analiza in regim transitoriu

În cadrul analizei în regim tranzitoriu a fost studiat respunsul dinamic al structurii.

Pentru analiză a fost ales modul de iterație bazat pe sub-pași cu un număr maxim de 100 per pas și minim 10, astfel încât orice neliniaritate a rezolvării va rezulta în neconvergenta rezultatelor și avertizarea utilizatorului prin oprirea solver-ului.

In mod similar analizelor precendente a fost aplicata o forta ce emuleaza efectorul incarcat

Fig.14 Aplicarea fortei pentru inlocuirea efectorului

Cum era de așteptat zonele cu tensiuni maxime sunt cele suspectate, la acestea fiind adăugate zonele unde discretizarea a produs elemente alungite sau deformate cu un raport nefavorabil între dimensiunile de gabarit ale acestuia.

Fig.15 Tensiuni echivalente

A mai fost evidențiat faptul că factorul minim de siguranță este de ~3, factor care în realitate este mai mare deoarece robotul trebuie să asigure o precizie ridicată la capătul lanțului cinematic, la nivelul efectorului, rezultatul este influențat de discretizarea gorsiera.

Fig.17 Factor de resistenta

Relultatele alese pentru a fii evidentiate:

Deformatia totala

Fig.18 Grafic deformatie totala

Tensiunile echivalente

Fig.19 Grafic tensiuni echivalente

Fig.20 Zone predispuse la oboseala

2.8 Concluzii

Analiza static structurală :

forța de 1500 N aplicată vertical nu a produs tensiuni mari în ansamplu(doar 29,56 Mpa);

valoarea maxima a deformațiilor totale (0,81 mm) s-a înregistrat la capatul lantului cinematic la nivelul efectorului

Analiza transient :

tensiunile de doar 25,78 Mpa ce apar in timpul functionarii nu produc probleme;

Analiza cinematica:

la t=1,2s apar vibratii substantiale la nivelul efectorului.

Capitolul 3. Sinteza de ansamblu a aplicatiei robotizate proiectate

3.1 Specificul simulării aplicației robotizate

Pentru a realiza simulare aplicatiei am folosit programul Process Simulate 13.1.2 in care am realizat cinematic a tuturor componentelor ce intra in miscare in acesta aplicatie.

In imaginea de mai jos sunt puse in evidenta segmentele robotului si dependent dintre cuple.

In imaginea de mai jos este pus in evidenta traseul de preluare de pe conveoir si de depunere pe sistemul de centrare

In imaginea de mai jos este reprezentata traiectoria tcp-ului efectorului in cadrul operatiei de deservire a masinii de slefuire latarala cu banda

In imaginea de mai jos este aratat volumul de lucru al robotului pe parcurusul tuturor operatiilor necesare

Bibliografie

1. Anania D. – Fabricatie asistata, note de curs UPB, 2018

2. Bucuresteanu A. – Actionarea Pneumatica a Robotilor Industriali, note de curs UPB, 2017

3. Bucuresteanu A. – Elemente si sisteme pneumatice pentru actionarea robotilor industriali, Editura Printech, ISBN 978-606-23-0081-4, Bucuresti 2013.

4. Constantin G. – Proiectare Asistata de Calculator 2,3, note de curs, UPB, 2016

5. Dobrescu T. – Bazele Cinematicii Robotilor Industriali, Ed. Bren, ISBN-973-9427-02-2, București, 1998

6. Dorin A., Dobrescu T., Pascu N., Ivan I., – Cinematica Roboților Industriali, Editura Bren, ISBN-978-973-648-970-9, București, 2011

7. Dobrescu T., Dorin Al. – Încercarea Roboților Industriali, Editura Bren, ISBN-973-648-115-8, București, 2003

8. Dobrescu T., Pascu N. – Roboti Industriali. Încercare si Receptie, Editura Bren, București, 2013,

9. Dorin Al., Dobrescu T. – Actionarea Pneumatica a Robotilor, Ed. Bren, ISBN-973-648-060- 7, 2002

10. Dorin Al., Dobrescu T., Bucuresteanu A., – Actionarea Hidraulica a Robotilor Industriali, Ed. Bren, 2007

11. Enciu G. – Senzori Industriali, note de curs, UPB, 2017

12. Ghinea M. – Masini si Sisteme de Productie, note de curs, UPB, 2017

13. Gheorghita M. – Tehnologia Fabricarii Componentelor Robotilor Industriali, note de curs, UPB, 2017

14. Nicolescu A., Coman C. – Robotica 2, note de curs si aplicatii, UPB, 2015

15. Nicolescu A., Coman C.– Actionari electrice pentru mecatronica si robotica, note de curs si metodologii de proiectare, UPB, 2016,

16. Nicolescu A., – Componente si ansambluri tipizate in constructie modulara pentru RI si SPR, note de curs si metodologii de proiectare, UPB, 2014

17. Nicolescu A., – Componente mecanice tipizate, note de curs si metodologii de proiectare, UPB, 2016

18. Nicolescu A. – Proiectarea Robotilor Industriali. Partea I. Conceptul sistemic unitar de robot integrat în mediul tehnologic. Subsistemul mecanic al RI. Motoare de actionare utilizate la RI, UPB, 1997

19. Nicolescu, A. – Conceptia si Exploatarea Robotilor Industriali 1, note de curs si aplicatii UPB, 2017

20. Nicolescu, A. – Conceptia si Exploatarea Robotilor Industriali 2, note de curs si metodologii de proiectare, UPB, 2017

21. Nicolescu, A., Stanciu, M.D., Popescu D. – Conceptia si Exploatarea Robotilor Industriali – Vol.1 Tendinte actuale in conceptia si exploatarea RI. Precizia de lucru si precizia volumetrica. Componente organologice specifice. Tehnici si metode de studiu al comportarii elastice si performantelor robotilor industriali. ISBN 973-718-007-0, Ed. Printech, 2004, Bucuresti

22. Nicolescu, A., Roboti Industriali – Vol.1 Subsisteme si ansambluri componente. Structura axelor comandate numeric ale RI, ISBN 973 – 30 – 1244 – 0, Editura Didactica si Pedagogica RA, 2005, Bucuresti

23. Nicolescu A., Dobrescu T., Ivan M., Avram C., Brad S., Doroftei I., Grigorescu S. – Roboti Industriali, Tehnologii si Sisteme de Productie Robotizate, Ed Academiei Oamenilor de Stiinta din Romania, 2011, ISBN 978 – 606 – 8371 –

48 – 1

24. Nicolescu, A. – Implementarea Robotilor Industriali in Sistemele de Productie, note de curs si metodologii de proiectare, UPB, 2018

25. Nicolescu, A. – Conceptia si Exploatarea Sistemelor de Productie Robotizate, note de curs si metodologii de proiectare, UPB, 2018