Injectia Prin Turnare Făcută de Bratele Robotilor Colaborativi

Capitolul I

Sistemele de injecție robotizate

Integrarea și interoperabilitatea sistemelor robotice. O astfel de dezvoltare rapidă va perminte asamblarea rapidă a unor sisteme robotice cu capacități asemănătoare cu ele ale omului folosind interoperabilitatea componentelor trimițând o analiză, un model informational,protocol,implementarea referinței,metode de testare și scule. Pornind de la evaluarea stării a artei tehnologiei pentru ansamblul robotic,acest avânt va dezvolta modele de informații noi și protocoale de comunicații și va construi implementații de referințe software pentru a valida modelele și protocoalele din cadrul de testare al programului.

Sistemele robotice sunt acum plasate în multe procese de producție automată.

În industria automobilelor, de exemplu, aceste sisteme sunt folosite în asamblarea motoarelor, transmisiilor și axelor, la fel se pot folosi și în vopsirea caroseriei dar și în sudură.

După implementarea acestor sisteme, operatorii umani nu vor mai fi supuși unor medii periculoase, a unor sarcini repetitive, crescând astfel productivitatea liniei de producție.

Tradițional, sistemele bazate pe roboți au fost separate de operatorii umani cu grilaje de protecție pentru a preveni accidentele cauzate de mișcările rapide ale robotului.

Deși avantajoase,aceste abordări pot rezulta în scăderea productivității,dacă, de exemplu un operator uman trebuie să poziționeze o piesă in spațiul de lucru al celulei robotice.

Forța limitată

Din această cauză, producțiile introduc acum o nouă generație de roboți care folosesc senzori de cuplu și sisteme de viziune care permit sistemelor robotice să lucreze mai indeaproape cu operatorii umani. Combinând abilitățile cognitive ale operatorului uman și potențialul automatic al robotului, acești așa numiți roboți cu ,,forțe limitate” câteodată incorect denumiți roboți colaborativi (coboți) deasemenea pot crește productivitatea procesului de producție automatizat.

Bineînțeles, având acești roboți lucrând mai îndeaproape cu operatorii umani va fi nevoie de o regândire a standardelor de siguranță aflate acum in funcțiune. În prezent, există un număr de standarde care specifică cerințele din punct de vedere al siguranței roboților industriali.

Aceste descriu riscurile standard asociate cu operațiile si metodele lor de a elimina sau de a reduce adevat aceste riscuri.

Unul dintre cele mai importante standarde este ISO 10218 cerințele riscurilor pentru roboții industriali, standardul de la Organizația Internațională de Standardizare a fost adoptat de un număr de organizații din toată lumea. Deși ISO 10218 definește cerințe clare de siguranță pentru operație de colaborare a operatorilor umani cu roboți ca să fie acceptată pe deplin, va fi nevoie de standarde suplimentare. Din cauza asta, ISO în prezent lucrează la suplimentarea și specificarea adițională a cerințelor pentru roboții industriali colaborativi. Acest ISO 15066 va conține limite ale presiunii și ale forțelor de impact care pot duce la accidentarea operatorului uman sau la coliziunea robotului.

Îin timp ce orice sistem robotic poate fi numit colaborativ, cele care nu au limită de forță trebuie să folosească adesea grilaje de protecție sau sisteme de viziune pentru a le permite să operaționeze alături de operatorii umani. Totuși, nu este întotdeauna cazul. Multe sarcini industriale sunt efectuate cu unelte manuale grele cu care poate fi obositor să lucrezi când sunt folosite repetat.

Uneltele electrice

Prin folosirea sistemelor asistate de roboți care sunt oarecum înrudite să folosească unelte electrice, efortul de a executa sarcini manuale poate fi dramatic reduc. Recent, aceste sisteme asistate de către oameni și-au găsit aplicații în diverse cum ar fi producerea de semiconductori

În timp ce sistemele cu putere asistată sunt colaborative, unele companii dezvoltă acum roboții în așa fel încat să lucreze cot la cot cu operatorii umani fără a fi nevoie de tradiționalul sistem de protecție. Pentru a asigura că nu se vor intâmpla accidente serioase asupra operatorilor umani, acești roboți folosesc senzori de detectare a forțelor exterioare și au suprafețe rotunjite și căptușite pentru a reduce un viitor impact.

Brațele robotizate

Producătorii doresc să introducă acești roboți în sistemele lor folosind dintr-un număr de roboți cu un braț, sub sistem cu două brațe și sisteme integrate în totalitate care combină capabilitățile vizuale ale mașinii robot. Roboții cu un singur braț, cum ar fi LBR iiwa de la firma de roboți KUKA, UR5 și UR10 brațe robotice colaborative de la Universal Robots ( Roboții Universali ) sunt momentan valabile în timp ce un nou prototip de braț robotic colaborativ de la Fanuc America va fi lansat în acest an.

Robotul LBR iiwa, roboții in șase axe UR5 și UR10 de asemenea întalnesc cerințele specificate de către standardele ISO 13849:2008. Acestea sunt îndeplinite monitorizând pozițiile si viteza articulațiilor, poziția punctului central al sculei, orientarea, viteza, forța, momentul și puterea robotului.

În timp ce FANUC este mai nou, KUKA și Universal Robotics sunt probabil producători mai cunoscuți, alte mai puțin cunoscute companii deasemenea produc roboți colaborativi cu un singur braț. De exemplu F&P Robotics, în prezent produc două variante de roboți cum ar fi : P-Rob 1R care are șase grade de libertate și P-Rob 1U care are patru grade de libertate.

Gomtec a dezvoltat trei versiuni de roboți in șase axe din programul lor numit Roberta, fiecare cu sarcini utile diferite ( până la maxim 12kg ) și ajung la capacitatea ( până la maxim 1.2m ).

Fig Robot industrial cu un singur braț

Configurațiile roboților cu două brațe

În timp ce roboți cu un singur braț pot fi utilizați în configurațiile roboților cu două brațe, în aplicațiile ca și asamblarea de componente pot beneficia din folosirea roboților colaborativi cu două brațe. Fiind copii ale roboților cu un singur braț, aceste configurații pentru roboți cu două brațe sunt configurați cu senzori de forță care le permit să opereze alături de operatorii umani fără să fie nevoie de grilaje de protecție.

Spre deosebire de configurațiile pentru roboții cu un singur braț, acești roboți adesea folosesc sisteme de viziune care identifică prezența ființelor umane și le permite să identifice poziția și orientarea obiectului din câmpul lor vizual.

Fig Robot industrial cu două brațe

Cu șase grade de libertate în fiecare braț, satisfac cerințele stabilite mai departe în ISO 10218 și prezintă un clește de prindere opțional cu vacuum cu o cameră industrială integrată de 5Mpixel GigE pentru a recunoaște pozițiile obiectelor din câmpul lui vizual. La fel ca și Rethink Robotics, pi4_robotics deasemenea au demonstrat folosirea roboților în procesele de fabricație automată. Aici părțile 3D sunt produse într-o mașină de turnare prin injecție și este trimis la un robot industrial ( workerbot3 ) de la pi4 echipat cu o parte optică care recunoaște orientarea și poziția. Robotul așează obiectul de lucru pentru a fi acoperit cu un strat de protecție pe bază de crom. După aceea, robotul face o verificare optică a reperelor punându-le la final pe un cărucior de transport.

[ http://www.vision-systems.com/articles/print/volume-20/issue-4/features/robots-increase-manufacturing-productivity.html

Injecția prin turnare făcută de brațele roboților colaborativi

Ușurează operatorii pe mașinăriile de turnare prin injecție de la munca fizică și de la munca repetitivă și elimină riscul accidentelor. Roboții industriali pot fi folosiți în toate zonele în care se ocupă cu producțiile de plastic și de polimer, incluzând aplicațiile pentru turnarea prin injecție. Sunt capabili să ruleze majoritatea aplicațiilor autonom, permițând afacerii tale să se ocupe de turnare chiar și când muncitorii pleacă acasă.

Fig Mașină de turnare prin injecție a plasticului

Luând un robot afară din cușca sa de siguranță permite o flexibilitate automată fără egal. Dacă roboții ajung în contact cu o persoană, tehnologia lor patentată limitează forțele la contact. Roboții deseamenea pot fi programați să opereze la un nivel mai redus decât cel normal când o persoană pătrunde în zona de lucru a unui robot și să revină la viteză maximă când această persoană părăsește zona.

Este necesar o abilitate supra-omenească pentru a doza exact aceeași cantitate constant de fluid. Totuși , UR3 poate menține o presiune constantă tot timpul. Prin lansarea robotului, poți asigura calitatea uniform, reducerea costurilor și optimizarea activității tale.

Ușor de programat și în medie de puțin timp înființați face acești roboți cu brațe de la Universal Robots ideali chiar și pentru producțiile de volum mic, unde rearanjarea la scară mare nu ar fi productivă.

Toți roboții de la Universal Robots sunt autorizați IP-54. Au nevoie de protecție când se lucrează in medii cu lichide corozive.

[http://www.universal-robots.com/applications/injection-moulding/]

Turnarea prin injectare

Este un proces de fabricație pentru producerea de părți prin injectarea materialului într-o matriță. Turnarea prin injectare poate fi folosită cu o mulțime de materiale, incluzând metalele, ( pentru care procesul se numește diecasting ) , sticlă, cauciuc, confecții și cele mai întălnite sunt termoplastice și polimeri termorigizi. Materialul pentru piesă este introdus într-un butoi încălzit, amestecat, și forțat într-o matriță, unde se răcește și se intărește pentru a lua forma matriței. După ce produsul este proiectat, de obicei de către un proiectant industrial sau de către un inginer, matrițele sunt făcute de către un sculer din metal, de obicei fier sau aluminiu, și prelucrate precis pentru a forma trăsăturile piesei dorite. Turnarea prin injectare este folosită în producerea diferitor piese, de la cele mai mici componente până la caroseria mașinilor. Avansând în tehnologia printării 3D, folosind fotopolimeri care nu se topesc în timpul turnării prin injectare de o mai joasă temperatură al unor termoplastice.

Părțile care urmează să fie injectate trebuiesc să fie proiectate cu mare atenție pentru a facilita procesul de turnare; materialul folosit pentru piesă, forma și trăsăturile dorite, materialul matriței, și proprietățile mașini de turnat trebuiesc luate în considerare. Versatilitatea injectării este facilitată de amploarea considerațiilor și posibilităților proiectării.

Echipament

Mașinile de injecție este formată dintr-un coș, un piston cu șurub și o unitate de încălzire. Cunoscute și sub numele de prese, țin matrițele în care componentele iau formă. Presele sunt clasate în funcție de tonaj, care exprimă cantitatea forței de strângere pe care o mașină o exercită. Această forță păstrează matrița inchisă în timpul procesului de injecție. Tonajul variază între 5 tone și peste 9.000 de tone, cu cifre mai mari utilizate în relativ puține operații de fabricație. Total forței de strângere necesar este determinat de zona proiectată a piesei care urmează să fie turnată. Această zonă proiectată este multiplicată de o forță de strângere între 1.8 și 7.2 tone pentru fiecare centimentru al zonei proiectate. Dacă materialul din plastic este foarte rigid, va fi nevoie de o forță de injectare mai mare pentru a umple matrița, prin urmare un mai mare tonaj de strângere pentru a ține matrița închisă. Forța necesară deasemenea poate fi determinată de materialul folosit și de mărimea piesei; piesele mai mari au nevoie de o forță de strângere mai mare.

Procesul de injecție

În procesul de injecție prin turnare, granulele de plastic sunt introduse dintr-un coș într-un butoi incălzit. În timp ce granulele sunt mișcate ușor înainte de către un piston tip șurub, plasticul este forțat într-o cameră incălzită, unde este topit. În timp ce pistonul avansează, plasticul topit este trimis printr-o duză care este sprijinită de matriță, permițându-i să intre în matriță printr-o poartă. Matrița rămâne rece, așadar plasticul se solidifică imediat după ce matrița este umplută.

Fig Procesul de injecție

Ciclul de injecție

Secvența evenimentelor întamplate în timpul injectării piesei din plastic este numit ciclul de injecție. Ciclul începe când matrița se închide, urmată de injectarea polimerului în cavitatea matriței. Odată ce cavitatea este umplută, o presiune care compensează comprimarea materialului. În următorul pas, șurubul se întoarce, alimentând următoarea lovitură a șurubului frontal. Acest lucru face ca șurubul să se retragă când următoarea lovitură este pregătită. Odată ce piesa este suficient de rece, matrița se deschide și piesa este evacuată.

[ https://en.wikipedia.org/wiki/Injection_moulding ]

Matrița

Matrița este un bloc de metal găurit în care plasticul topit este injectat pentru a forma formă exactă și fixă. Ea are o mulțime de găuri date în blocul de metal pentru a controla temperatura prin intermediul apei fierbinte, a uleiului sau a instalației de încălzire.

Plasticul topit curge în matriță prin intermediul unei guri de scurgere și umple cavitatea matriței.

Fig Matriță []

[ https://www.polyplastics.com/en/support/mold/outline/ ]

Supra turnarea

Supra turnarea combină două materiale pentru a forma o singură componentă. Un material elastic, cum e cel textil, este turnat la baza unui material cum ar fi plasticul, pentru a forma un subansamblu. Multe componente care alcătuiesc interiorul automotivelor sunt fabricate folosind această tehnică. Inserțiile de plastic sau metal sunt supra turnate folosind un robot in șase axe între două mașini de injecție. Robotul ia piesa turnată de la o mașină și o introduce în alta mașină pentru procesul de supra turnare.

Supra turnarea robotizată este deasemenea folosită la fabricarea farurilor din spate ale automobilelor. Farurile din spate ale automobilelor arată ca niște bucăți de plastic de culori diferite pentru fiecare; luminile de frână, luminile de direcție și cele pentru marșarier. Farurile din spate sunt produse prin injecția progresivă a plasticului de diferite culori de către o mașină.

Robotul se mișcă către o matriță, preia deșeul și piesa care a fost injectată de două ori. Robotul duce deșeul și îl aruncă într-un container.

Celula de injecție robotică deasemenea se ocupă de lipirea sonică și sudarea laser. Sculele de prelucrare cu, care robotul realizează procesul de fabricare sunt : lipirea sonică, sudarea cu laser sau cu plasmă. Sistemul de comandă al robotului controlează intrările și ieșirile fiecărei mașini din cadrul celulei de lucru fiind capabil să le pornească și să le oprească oricând este nevoie. Folosirea lipirii sonice sau sudării cu laser într-o celulă de lucru ajută la reducerea timpilor de lucru. Reducerea timpilor de lucru este foarte important în industria de injecție.

Reperele injectate

Părțile extrase dintr-o mașină de injecție sunt calde și flexibile. Producătorii nu doresc ca părțile nou fabricate să fie distruse sau deformate de către robot când acestea sunt manipulate. Una dintre metodele folosite este extragerea vacuumatică de către robot, însă nu este folosită la scară largă. Industria turnării prin injecție folosește extragerea vacuumatică deaoarece este o metodă bună pentru a extrage piesele din matriță. Manipulând părțile injectate înainte ca materialul să fie complet solidificat este de obicei realizând folosind grippere pneumatice sau vacuumatice. Semifabricatele de dimensiuni mari care necesită răcirea imediată sunt fixate pe un dispozitiv de răcire care nu permite deformarea lor. Pentru răcirea pieselor mici este nevoie de un efector final pentru a fi manipulate.

http://www.robotics.org/content-detail.cfm/Industrial-Robotics-Industry-Insights/What-s-New-with-Robotics-in-Injection-Molding/content_id/2198

Avantajele utilizării roboților în sistemul de turnare prin injecție

Utilizarea roboților în prelucrarea plasticului reprezintă progresul tehnologiei. Prin introducerea a unei abundențe de posibilități care au îmbunătățit și au sprijinit dramatic industria.

Prin implementarea roboților în injecție s-a urmărit o creștere a productivității și a preciziei, facilitând astfel asamblarea pieselor sau reperelor de dimensiuni mici. Majoritatea roboților sunt construiți pentru a fi folosiți ca manipulatori sau ca roboți de prelucrare. Folosind roboții pentru a îndeplini cât mai multe sarcini posibile generează mai mult timp și resurse pentru alte procese de manipulare.

Roboții sunt programați să se ocupe acțiuni specifice repetitive fără varietate. Aceste acțiuni sunt îndeplinite cu o foarte mare precizie. Acțiunile acestea sunt determinate de către o rutină programată care specifică : direcția, accelerația, viteza, decelerarea și distanța.

Roboții industriali adesea folosesc o ghidare precisă și au abilitatea de a se adapta diferitelor tipuri de părți folosind tehnici de adaptare inteligentă. Aceste tehnici includ : viziunea și senzorii de forța integrată. Din această cauză, robotizarea permite producătorilor să atingă un anumit nivel de flexibilitate, multifuncționare și o anumită varietate de automatizare a funcțiilor pentru aplicațiile de volum mic.

Sistemele robotice sunt de asemenea folosite pentru operațiuni secundare cum ar fi debitare, găurire, asamblare, sortare și ambalare.

http://info.crescentind.com/blog/advantages-of-utilizing-robotics-in-plastic-injection-molding

Structura generală și funcțiile sistemelor componente

Schma bloc a robotului este reprezentată structural având componentele evindențiate sub formă de dreptunghiuri și conexiunile dintre ele: intrări și ieșiri sub formă de săgeți.

Sistemului de comandă îi sunt trimise informații despre situația robotului.

Schema bloc a structurii robotului

Mișcarea roboților mobili se face cu ajutorul platformei mobile din sistemul mecanic, care este asemanătoare cu sistemul locomotor al unei ființe umane.

Sistemul de acționare împreună cu cel de comandă alcătuiesc sistemul de conducere al sistemului mecanic.

Mediul de lucru al robotului este zona în care acesta își desfășoară activitățile. Numărul total de obiecte cu care robotul are contact, alcătuiesc periferia robotului. Contactul dintre componentele unui robot cu mediul este direct și invers ( feedback ).

Sistemul de comandă trimite comenzile sistemului de acționare, care acționează cuplele cinematice conducătoare sistemului mecanic prin actuatori, iar acesta acționează asupra mediului prin efectorul final. Aceste legături sunt directe.

Referințele trimise sistemului de comandă de către senzori, traductoare și aparatele de măsură alcătuiesc legăturile inverse. Energia exercitată de către mediu, sistemul de acționare al robotului, la fel cal fluxul de energie ( deșeul ) aruncat de la robot în mediu, alcătuiesc deasemenea legături directe.

Sistemul mecanic al robotului

Sistemul mecanic al roboților are atribuția de a garanta execuția mișcărilor acestora și trimiterea energiei mecanice necesare pentru contactul cu mediul.

Structura sistemului mecanic al robotului

Subsistemul aflat în sistemul mecanic responsabil contacului cu mediul este efectorul final. Dispozitivul de ghidare are funcția de a oferi efectorului final mișcările și energia mecanică corespunzătoare acestor mișcări în concordanță cu acțiunea necesitată asupra mediului. Robotul intră în contact cu mediul prin manipularea unor obiecte sau prelucrarea lor. Efectorul final se mai numește și dispozitiv de prehensiune. Are funcția de a manipula un obiect de obicei prin strângere amplasându-l într-o poziție nouă față de cea inițială. Obiectul și partea de bază a efectorului final formează o cupla cinematică de clasa a VI-a.

Capitolul II

Structura efectorului final

Efectorul final este submulțimea sistemului mecanic al unui robot prin care acesta acționează asupra mediului în concordanță cu destinația acestuia.

Roboții industriali sunt de două feluri: cei de manipulare și cei de prelucrare a unor obiecte de lucru. Destinația unui robot industrial se face în funcție de efectorul final al acestuia.

Prelucrarea unui obiect constă în a-i aduce acestuia modificarea formei, dimensiunilor, proprietăților materialului, structurii acestuia. Efectorul final este un dispozitiv de prehensiune dacă robotul manipulează unele obiecte de lucru. Mișcările sunt asigurate de către dispozitivul de ghidare.

Efectorul final poate fi o sculă sau un cap de forță cu sculă dacă robotul industrial are menirea în prelucrarea obiectelor de lucru. Ultimul element al dispozitivului de ghidare solidarizează scula care realizează procesul de lucru. Scula este cea manipulată de către dispozivul de ghidare conferindu-i mișcările necesare pentru procesul de lucru.

Acțiunea sculei pe suprafața unui obiect de lucru se realizează prin energia mecanică acumulată în sculă, energie provenită de la dispozitivul de ghidare de care este atașat. Dacă această energie primită de la dispozitivul de ghidare nu este de ajuns, atunci această scula este atașată unui cap de forță care îi oferă energie mecanică suplimentară. Acest cap de forță este dotat cu un motor care transformă energie pneumatică sau energia electrică în energie mecanică.

Schema bloc a efectorului final

Efectorul final este solidarizat de către ultimul element al dispozitivului de ghidare (D.G) prin intermediul elementului de cuplare (E.C). Mișcarile de mici amplitudini ale efectorului final în raport cu ultimul element al dispozitivului de ghidare controlate sau necontrolate se fac datorită elementelor de complianță (EC0), dar și datorită modulului de mișcare (MM). Scula se atașează la una dintre operațiilor mai sus amintite dacă robotul industrial este destinat pentru operațiile de prelucrare prin intermediul unui dispozitiv portsculă sau prin intermediul unui element de acționare (AC). Scula împreună cu elementul de acționare alcătuiesc capul de forță (CF).

Dacă efectorul final este dispozitiv de prehensiune (DP), mecanismul de prehensiune (MP) se atașează elementului de acționare, având rolul de a pune în funcțiune degetele care vin în contact cu un obiect de lucru prin bacurile Bac. Elementul de acționare, mecanismul de prehensiune, degetele și bacurile împreună alcătuiesc dispozitivul de prehensiune (DP).

Elementul de cuplare

Elementul de cuplare are rolul de a atașa dispozitivului de ghidare efectorul final, stabilindu-i în timp situarea clară și nemodificabilă față de dispozitivul de ghidare. Elementul de cuplare este alcătuit din două părți; o parte este unită cu ultimul element al dispozitivului de ghidare, iar cea de-a doua parte este un element fix (relativ) pentru toate componentele efectorului final.

Elementul de complianță

Elementul de complianță produce o mică ajustare a situării efectorului final în raport cu ultimul element al dispozitivului de ghidare, ca urmare a interacțiunii de tip forță generalizată dintre mediu și robot. Elementul de complianță are în componența sa pe lângă componentele rigide și unele componente deformabile elastic, și uneori amortizoare. Piesele deformabile elastic sunt de obicei arcuri metalice sau confecționate din cauciuc.

Modulul de micromișcare

La fel ca și elementul de complianță, modulul de mișcare la rândul său realizează o mică corecție a situării efectorului final față de ultimul element al dispozitivului de ghidare, însă această corecție se face în acest caz de către sistemul de comandă al robotului.

Modulul de mișcare este alcătuit de regulă dintr-o cuplă cinematică conducătoare de translație T, și mai rar una de rotație R.

Elemente de acționare

Elementele de acționare atașate de efectorul final au menirea de a pune în mișcare de rotație sau de translație, elementele cuplei cinematice conducătoare ale modulului de mișcare.

Aceste elemente de acționare au rolul de a pune în mișcare elementele mecanismului de prehensiune și de a conferi o mișcare sculei dacă efectorul final este un cap de forță. Motoarele de acșionare pot fi liniare sau rotative, hidraulice, pneumatice sau electrice.

Dispozitivul de prehensiune

Funcții ale dispozitivului de prehensiune :

Impune obiectului manipulat o situare determinantă față de ultimul obiect al dispozitivului de ghidare de care este atașat, și asigură menținerea acestei stări în timp.

Funcția de adaptare realizează legătura fizică între obiectul de lucru și robot și mediul de lucru.

Funcția senzorială preia informații referitoare la obiectul manipulat și mediu prin intermediul unor senzori sau traductoare, în transmiterea informațiilor către sistemul de comandă al robotului industrial.

Centrarea unui obiect necesită suprapunerea unei drepte a obiectului cu o dreaptă a elementului fix al mecanismului de prehensiune.

Semicentrarea unui obiect se produce prin suprapunerea unui plan al obiectului cu un plan al sistemului față de care se realizează semicentrarea.

Fixarea/defixarea obiectului de lucru se efectuează prin forță sau prin formă.

Fixarea/defixarea prin formă a cuplei cinematice bacuri-obiect se efectuează prin învăluirea obiectului de către bacuri. În timp ce fixarea/defixarea prin forță are loc prin strângere.

Mecanisme de prehensiune

Mecanismul de prehensiune are funcția de a transmite și de a transforma mișcarea unui element conducător a cărei mișcare este oferită de către elementul de acționare la degetele care alcătuiesc elementele conduse ale mecanismului. Numărul degetelor influențează dexteritatea și stabilitatea prehensiunii.

Putem observa că odată cu scăderea numărului de degete sub 5 face capacitatea de prehensare să fie mai lentă. În practica pentru aplicațiile tehnice este suficient ca dispozitivul de prehensiune să aibă 2 sau 3 degete. În medicină, protezele avansate folosesc dispozitive de prehensiune cu până la 5 degete.

Degete și bacuri

Degetele sunt elementele conduse ale mecanismului de prehensiune. Contactul cu obiectul manipulat se face prin intermediul bacurilor. Degetele utilizate în construcția dispozitivelor de prehensiune pot fi rigide, degete articulate fiind legate între ele prin cuple cinematice de rotație, elastice și deformabile. Bacurile la rândul lor sunt legate rigid de degete, articulate față de degete; suprafețele lor care intră în contact cu obiectul pot fi plane, cilindrice, sferice, tronconice, cu geometrie variabilă sau neregulate.

Unele degete și bacuri de formă geometrică variabilă se adaptează la suprafața obiectului manipulat. Degetele sunt alcătuit dintr-un corp rigid și au forma unor bare dreptunghiulare sau curbe de secțiuni diferite.

Dispozitive de prehensiune electromagnetice cu vid

Obiectele feromagnetice pot fi manipulate cu ajutorul unor dispozitive de prehensiune electromagnetice. Dispozitivul electromagnetic de prehensiune poate fi alcătuit dintr-una sau mai multe perechi de poli N-S, rezultați în urma înfășurării unor bobinaje pe niște armături.

B – reprezintă inducția magnetică a electromagnetului

– reprezintă permeabilitatea magnetică a vidului

A – secțiunea minimă străbătută de către fluxul câmpului magnetic mărurată pe un plan normal pe liniile de flux.

– forța de atracție

Dispozitiv de prehensiune electromagnetic

Dispozitivele de prehensiune electromagnetice au o acționare foarte rapidă și prezintă un avantaj foarte simplu din punct de vedere constructiv. Ele operează pe o singură suprafață a obiectului. Un dezavantaj al acestor dispozitive ar fi faptul că ele pot manipula doar obiecte feromagnetice, majoritatea având suprafețe plane de mari dimensiuni. Un alt dezavantaj îl constituie necesitatea obiectelor manipulate de a fi curate, deoarece murdăria de pe suprafața acestora micșorează inducția magnetică, prin urmare și forța de atracție. Obiectele manipulate mențin magnetizarea remanentă, iar aceasta atrage obiectele metalice nedorite cum ar fi piulițele, șpanul etc.

Obiectele ușoare de mici dimensiuni sau care prezintă suprafețe plane pot fi manipulate de dispozitive de prehensiune cu vid.

Dispozitiv de prehensiune cu vid

Ele sunt alcătuite dintr-un suport unit cu ultimul element al dispozitivului de ghidare al robotului, având ca elemente active niște ventuze. Ventuza are un spațiu care se închide datorită suprafeței plane a obiectului manipulat. În spațiul respectiv se formează un vid, presiunea atmosferică apasă obiectul de ventuză, unindu-l cu acesta prin forța de strângere.

p – presiunea atmosferică 1 bar

D – diametrul cercului de contact dintre ventuză și obiectul manipulat

v – intensitatea procentuală a vidului

n – numărul ventuzelor utilizate într-un dispozitiv

Modalități de creare a vidului

– conductă de vid

– ejector de vid

– forța de apăsare

În ultimul caz prezentat în această imagine, ventuza deformabilă este apăsată asupra obiectului, formându-se o reducere a spațiului închis între ventuză și obiect, cu evacuarea aerului din acest spațiu.

Intensitatea procentuală a vidilui realizat:

– volumul spațiului din ventuza nedeformată

– volumul spațiului din ventuza deformată

a Forme constructive de ventuze

– ventuză deformabilă atașabilă la conducta de vid sau la ejector

– ventuză deformabilă care lucrează prin aderare

– ventuză nedeformabilă atașabilă la conducta de vid sau la ejector

– ventuză pentru preluarea unor obiecte care prezintă suprafețe de contact necoplanare

Avantajele folosirii dispozitivului de prehensiune cu vid constă în simplitatea lui și prin faptul că poate folosi doar o suprafață de contact a obiectului.

Un dezavantaj al folosirii acestor dispozitive este faptul că sunt lente în acțiuni, acestea pot manipula doar obiecte ușoare cu suprafețe netede. Abaterile suprafețelor de contact ale obiectelor la fel ca și impuritățile aflate pe aceste suprafețe de lucru diminuează eficiența prehensiunii. Un al doilea dezavantaj este consumul mare de energie în cursul realizării vidului la pompa centrală de vid sau la ejector. Mai există și pericolul de desprindere necontrolată a obiectului de lucru manipulat din dispozitiv.

Introducere în robotică – Țarcă Radu Cătălin.

Ventuze

Ventuzele vacuumatice

Aceste ventuze de aspirație sunt folosite în manipularea obiectelor de lucru de către un dispozitiv de prehensiune sau un robot. Presiunea atmosferică lipește ventuza de obiectul de lucru când presiunea mediului înconjurător este mai mare decât presiunea dintre ventuză și obiectul de prelucrat. Diferența de presiune se face prin conectarea ventuzei la un generator vacuumatic, care eliberează aerul din spațiul dintre ventuză și obiectul de lucru. În situația în care ventuza este în contact cu suprafața obiectului de lucru, aerul intră din lateral generându-se un vid. Forța aderentă crește proporțional cu diferența dintre presiunea din interiorul ventuzei și presiunea mediului înconjurător.

Ventuzele se clasifică în ventuze universale și ventuze pentru aplicații speciale. Deosebirea dintre ele este aceea că ventuzele universale îndeplinesc o mulțime de cerințe, în timp ce, cele speciale sunt construite în realizarea unor operații industriale speciale cum ar fi căldura, umiditatea etc. Ventuzele speciale se pot folosi la manipularea unor panouri cu pereți subțiri, în industria de prelucrare a tablei sau în industria de prelucrare a lemnului.

Clasificarea ventuzelor vacuumatice se face în ventuze plate și ventuze de tip burduf.

Ventuzele plate sunt construite pentru a se face manipularea suprafețelor plane sau ușor curbate, cu o precizie mult mai mare. Aceste ventuze au o acționare rapidă datorită formei lor și a mărimii lor reduse, de aceea manipularea obiectelor cu ajutorul acestor ventuze se face într-un timp foarte scurt și au o rezistență mai mare în cazul mișcării obiectului de lucru pe timpul manipulării.

Aceste ventuze au multe domenii de aplicație cum ar fi: manipularea pieselor aspre, foilor de tablă, plăcilor de metal, cartonul, plăcile de sticlă, dar și a pieselor din lemn și din plastic. Mai sunt folosite și în unele procese automatizate cu cicluri scurte de lucru.

Ventuzele de timp burduf se folosesc în care este necesară manipularea obiectelor cu suprafețe neuniforme sau a părților fragile. Aceasta ventuză este mult mai flexibilă și mai adaptabilă suprafeței obiectului datorită acestui burduf.

Avantajele folosirii ventuzelor de tip burduf sunt:

O foarte bună adaptare la suprafețele inegale

Efectul de ridicare în timpul manipulării

Compensarea diferențelor de înălțime

Piesele fragile sunt manipulate cu grijă

Aceste ventuze sunt folosite în manipularea pachetelor flexibile în folie termocontractabilă, manipularea obiectelor curbate sau neregulate, de exemplu în cazul caroseriilor, a tuburilor, a cartonului etc. Se mai folosesc și în manipularea pieselor fragile, a pieselor electronice sau a obiectelor din plastic turnate prin injecție.

Capitolul IV

Senzori și traductoare

Traductoarele sunt dispozitive care convertesc o formă de energie în altă formă de energie. De obicei ele transformă un semnal de energie în altul.

Traductoarele sunt adesea folosite în automatizări, măsurări și în sisteme de control, unde semnalele electrice sunt convertite în altă mărime fizică ( energie, forță, cupluri, lumină, mișscare, poziție, etc.). Acest proces de transformare a unei forme de energie în alta se numește transducție.

Fig Traductoare de presiune

Tipuri de traductoare:

Active

Passive

Senzoriale

Actuatori

Bidirecționali

Traductoarele active necesită o sursă de putere externă pentru a funcționa, acesta se numește semnal de excitație. Semnalul este ajustat de către senzor în așa fel încat acesta să producă un semnal de ieșire. Un termistor nu generează semnal electric, însă, dacă curentul electric trece prin el, rezistența sa poate fi masurată detectând variațiile curentului și/sau a voltajului de-a lungul termistorului.

Traductoarele pasive răspund la stimuli externi astfel generând semnale electrice fără a fi nevoie de o sursă de energie externă adițională. Unele exemple de dispozitive care folosesc acest tip de traductoare sunt: termocuplele, fotodiodele, senzorii piezoelectrici, etc.

Senzori

Un senzor este un obiect al cărui menire este de a detecta schimbări în mediul în care acesta se află, trimițând un semnal corespunzător. Senzorii sunt un tip de traductoare; senzori pot oferi o mulțime de tipuri de semnal de ieșire, dar de obicei ei folosesc semnale electrice sau optice.

Fig Senzori

Caracteristici ale senzorilor:

Sensibilitatea mare; sensibilitatea indică cât de mult ieșirea unui dispozitiv se schimbă odată cu schimbarea de la intrare.

Liniaritatea; ieșirea se schimbă liniar cu intrarea.

Rezoluția înaltă; rezoluția este cea mai mică schimbare la intrare pe care dispozitivul o poate detecta.

Zgomote și perturbații puține

Consum scăzut de energie

Tipuri de senzori:

Senzori de sunet, vibrație și acustică ( microfoane )

Senzori auto

Senzori chimici

Senzori de curent electric, potențial electric, magnetici, radio

Senzori de curgere, viteza lichidului

Senzori pentru radiații ionizate, particule subatomice

Senzori pentru instrumente de navigație

Senzori de poziție, unghi, deplasare, distanță, viteză, accelerație

Senzori optici, de lumină, imagine, fotoni

Senzori de presiune

Senzori de forță, densitatea, nivel

Senzori termici, de căldură, temperatură

Senzori de proximitate