Programul de studii Roboticǎ [305228]

Universitatea POLITEHNICA din București

Facultatea de Inginerie Industrială si Robotică

Departamentul Roboți și Sisteme de Producție

Programul de studii Roboticǎ

[anonimizat]: [anonimizat],

Ș. l. dr. ing. Andrei Mario IVAN

2019

Studiul de fundamentare tehnică a temei de proiect

Analiza comparativă a aplicațiilor robotizate de paletizare

Paletizarea reprezintǎ operația de dispunere volumicǎ ordonatǎ, în plan orizontal (sub formǎ de straturi cu înǎlțime omogenǎ) și pe verticalǎ (sub formǎ de straturi multiple) pe dispozitive de transport denumite paleți, a diferitelor categorii de obiecte (produse ambalate în cutii de carton cu formǎ paralelipipedicǎ, [anonimizat] – sticle cu apa / ulei etc.) manipulate individual sau în grup de cǎtre roboți industriali sau mașini automate de paletizare. Paletizarea se realizeazǎ pe paleți cu dimensiuni reglementate prin standarde internaționale pentru a [anonimizat] a acestora.

RI de paletizare pot structura stivele de produse paletizate dupǎ diferite scheme de dispunere ordonatǎ a obiectelor, fiecare strat în parte având o altǎ dispunere a acestora. [anonimizat]ǎ a suprafeței paletului. [anonimizat] / dispunere diferitǎ a obiectelor pe palet alterneazǎ pânǎ la constituirea unui pachet / grup de straturi (uzual 2…4 straturi) care are centrul de greutate echivalent cu o localizare în plan identicǎ cu cea a centrului de simetrie geometricǎ a suprafeței paletului. Numǎrul total de straturi de paletizare rezultǎ, [anonimizat]ǎrului de pachete / grupuri de straturi fiecare grup incluzând la rândul sǎu 2…4 straturi cu dispunere diferitǎ a obiectelor.

Orientarea și poziționarea produselor pe straturile unei stive este deosebit de variatǎ ținând cont de formă (pǎtratǎ sau dreptunghiularǎ) paletului precum și de formă și dimensiunile specifice ale produselor paletizate.

[anonimizat]. Pentru exemplificare se prezintă tipodimensiunea principală de europalet standardizat (800mmx1200mm) în figura 1.1. [1]

[anonimizat]2 cu dimensiunile 1000 mm x 1200 mm exemplificat în figura 1.2.

Produsele de tip cutii de carton paralelipipedice sunt ideale pentru paletizare. Acestea au forma și dimensiunile standardizate. Sacii cu materiale vrac pot fi deasemenea încărcați pe paleți. Dimensiunile și greutatea maximă a acestora sunt de asemea standardizate. În ambele situații însă cu cât este mai mare înǎ[anonimizat], motiv pentru care există reguli specifice de structurare a stivelor de produse și respectiv măsuri de securizare a încărcăturii paleților.

Scheme posibile de paletizare corecte sunt prezentate în figura 1.3. [1]

Obiectul paletizat din acestă celulă are formă de cub cu dimensiunile prezentate în figura 1.4.

[anonimizat] a unui sistem de liftare de pe conveior. [anonimizat]ză pe palet. Paletul este scos din celulă plin cu 2 straturi de cutii a câte 6 cutii un strat.

Daca se intampla sa intervina anumite modificari in spatiul de lucru, un obiect lovit sau o nefunctionare corecta, trebuie sa existe neaparat o faza in programul robotului sau un switch de HOME POSITION pentru a preveni eventualele accidente.

Fiecare aplicație robotizată este comandată de controlere programabile. Acestea au o interfață prietenoasă si permit operatorului uman introducerea programelor specifice pentru fiecare aplicatie in parte.

Controlerul primeste informatii de la senzorul vizual de pe conveiorul de alimentare atunci cand obiectul ajunge la capat de cursă pe conveior. In acel moment controlerul trebuie sa dea semnal robotului ca poate veni sa apuce obiectul. Robotul intre timp, daca si-a terminat activitatea va astepta pana va primi semnalul de la controler ca poate incepe sa aseze paleții pe conveior.

In procesul de paletizare pot fi manipulate o gama foarte mare de produse, de forme si mase diferite.

Adaptabilitatea robotului la fiecare produs se face cu END-EFECTORUL, care poate fi de mai multe feluri cum ar fi :

– gripper cu ventuze “VACUUM STYLE” pentru produse cu suprafete netede si cu o forma complexa

– gripper de tip “FORK STYLE” pentru produse de tip saci , greu manevrabili

– gripper cu palete verticale “ CLAMP STYLE” pentru produse de tip cutii

– gripper de tip paletete verticale “ CLAMP STYLE” impreuna cu alte doua grippere de tip “FORK STYLE” pentru produse dreptunghiulare dar cu o greutate destul de mare

In aplicațiile de paletizare un rol important îl detine poziția și orientarea fiecărui produs manipulat. Trebuie să se țină cont de dimensiunile paletului pe care sunt asezate produsele. Orientarea este deosebit de importantă datorită forțelor de gravitație care apar intr-o stivă inaltă și este necesar un calcul în prealabil de poziționare si orientare a produselor pentru a micșora propagarea acestei forte.

Celule de paletizare sunt de mai multe tipuri, ținandu-se cont de asezarea robotului pe conveioare, posturi de încărcare / descărcare și numărul acestora.

In principiu in celulele de paletizare este prezent un singur robot si de aceea, toate aceeste celule vor fi numai de tipul “stand-alone”. Ceea ce diferă este numărul posturilor de încărcare / descarcare și numărul conveioarelor de alimentare sau de ieșire. Dispunerea acestora diferă foarte mult, în funcție de numărul lor și de spațiul atribuit acestei operații.

In continuare vom prezenta cateva dintre cele mai intalnite tipuri de celule de paletizare si vom face o scurta prezentare a patru dintre aceste tipuri.

Cel mai simplu tip de celula este celula urmatoare, in care spatiul atribuit operatiei de paletizare este cel mai mic. Produsele sunt localizate chiar la baza robotului, sub bratul robotului, lucru ce permite minimizarea spatiului de instalat si face posibila montarea si asezarea celulei intr-un spatiu extrem de mic.

Celula din figura 1.8 este de tip “sfârșit de linie” simplă, stand-alone. Robotul are 4 axe, al doilea brat mai lung, pentru o întindere cât mai bună și un ciclu scurt de lucru cu o performantă ridicată. Fiind usor de programat poate fi ajustat intr-un timp foarte scurt si adaptat unei noi aplicatii.

Robotul paletizeaza saci cu produse prafoase, de la un conveior de aprovizionare la un altul de paletizare.

Sacii sunt asezati pe palet cu o orientare diferita in asa fel incat sa se tina cont si de dimensiunea paletului si de fortele de greutate care actioneaza pe o stiva verticala inalta

Sacii sunt greu de manipulat datorita miscarilor care pot aparea in timpul paletizarii si de aceea sunt necesare calculele de rigoare pentru aflarea pozitonarii si orientarii optime pe palet.

Celula din figura 1.9 poate realiza două tipuri de operații, atât paletizare cat si depaletizare

Robotul manipuleaza trei produse diferite din trei locuri diferite și le paletizează pe un conveior după o anumita ordine, tip si număr de straturi.

Produsele sunt orientate diferit pe fiecare paletă .

Paletii se afla in spatiul de lucru al robotului, in spatele acestuia, impreuna cu straturile de carton care se pun intre randurile stivei.

Robotul trebuie sa tina cont de fiecare tip de produs in parte si de orientarea acestuia pe paletul de aprovizionare

Celula din figura 1.10 este de tip “Mijlocul liniei de paletizare”si tot stand-alone.

In aceasta aplicatie obiectele de paletizat sunt navete cu sticle care vin pe un singur conveior. Acestea sunt paletizate de către robot pe două conveioare diferite, având aceeasi poziționare și orientare pe paleti.

Manipularea se face pe rand: o naveta pe un palet , urmatoarea pe al doilea palet și tot așa, în continuare până când cele două stive sunt pline.

Viteza conveiorului tebuie să tină cont de cea de lucru a robotului care trebuie să aibă timp de întoarcere de la un palet la conveior. In acest timp o altă navetă trebuie să fie deja la punctul de paltizare pentru cel de-al doilea palet.

Celula din figura 1.11 este de tip “Sfârșit de linie” de paletizare. Paletizarea se realizează pe trei conveioare de iesire fiecare cu câte un tip de produs, iar aprovizionarea se realizează si ea cu trei conveioare, fiecare cu câte un soi de produs.

Rolul Robotului este cel de a paletiza fiecare produs de cate un fel pe cate o stiva.

Asemantor ficarei aplicatii , pozitionarea si orientarea produselor este strans legata de dimensiunea paletului si a fortelor gravitationale pentru a da stivei o rezistenta mai mare la manipulare.

Robotul trebuie sa fie programat astfel incat sa tina cont de fiecare tip de produs in parte, sa stie in ce stiva trebuie depus si ce orientare are produsul respectiv la fiecare noua pozitie in straturile stivei.

In figura 1.12 este prezentat un sistem complex de paletizare a cutiilor de carton cu pizza congelata

compus din:

– un robot de paletizare

– un controller pentru robot si echipamentul de instruire a acestuia

– 3 transportoare de intrare pentru alimentare cu cutii

– un stocator de paleti

– un stocator de folii separatoare

– 5 transportoare modulare pentru paleti

– o masina de fixare-stabilizare a stivei prin curele de siguranta

– o masina de înfoliat stiva.

Cutiile ce sosesc pe transportoarele de alimentare a celulei sunt preluate de catre robot si asezate pe palet conform cu modelul de stivuire stabilit. Când paletul este complet încarcat transportorul de paleti îl conduce la masina de fixare-stabilizare a stivei prin curele. În continuare, paletul este transportat la masina de înfoliat si dupa aceasta opera_ie la postul de evacuare, de unde este preluat de catre un robocar echipat cu sistem de ridicare a sarcinilor similar celor de la motostivuitoare. [1]

Analiza comparativa a variantelor constructive similare de RI

Arhitecturile generale uzuale de RI pentru operatiile de paletizare sunt BRAT ARTICULAT, SCARA, PORTAL DUBLU[1]

Utilizând reprezentarea din modelul de referință al robotului proiectat și celelalte planse în care sunt descrise caracteristicile constructiv-functionale ale unor variante de roboți se va efectua un studiu comparativ de roboți similari utilizați în procesul de paletizare. Majoritatea roboților de paletizare au aceeași construcție, destul de complexă pentru a compensa greutățile pe care aceștia le manipulează și au același număr de grade de libertate, în număr de 4. Sunt folosite pentru operația de paletizare și roboți cu 6 grade de libertate, pentru cazuri de preluare și așezare mai complicate a pieselor.

Paleta de roboți ce pot fi folosiți pentru paletizare este extrem de largă iar domeniile in care sunt folosiți sunt si ele, deasemenea numeroase: alimentara, ceramica, chimica, de masini si altele.

In continuare vor fi prezentați câțiva roboți asemănători, speciali pentru paletizare. Studiul de comparație reprezintă adunarea fiecărei caracteristici în parte și compararea lor în vederea alegerii robotului cel mai indicat pentru aplicația noastră.

Se va urmării precizia de poziționare, greutatea minimă sau maximă pe care o poate manipula , dimensiunile de gabarit, spatiul de lucru si nu in ultimul rând vitezele de lucru.

1.RL130P

RL130P este un robot de la firma REIS.

Principala aplicare a acestor sisteme cuprinde interconectarea secvențelor de operare dintre mașinile de turnare prin injecție, mașinile-unelte și mașinile de procesare ulterioară, cum ar fi încărcarea și descărcarea automată, rotirea și transferul. Toate mașinile pot fi adaptate într-o manieră flexibilă la soluțiile personalizate ale sistemului prin modificarea lungimilor lor de curse și cu axe rotative suplimentare și dispozitive de prindere diferite.[3]

2.System Seven Parker Three Axis: XX’ – YY’ – Z

Sistemul Seven este un sistem cu trei axe care utilizează sistemul Unitatea HZR pentru axa verticală. Ca urmare, acest sistem poate asigura o deplasare verticală mai lungă, o viteză si accelerație mai mare. Rigiditatea HZR contribuie, de asemenea, la rigiditatea superioară a sistemului, stabilitatea și ușurința de reglare. Dacă axa Z este retrasă în timpul mișcării orizontale, System Seven poate susține cu ușurință încărcături moderate până la grele. Cu axa Z complet extinsă, poate suporta sarcini ușoare până la moderate.[4]

3.LIEBHERR PPR 10

Roboții de mare înaltă precizie Liebherr sunt amplasați în zonele de lucru în care roboții liniari Liebherr nu își mai pot îndeplini datoria. Structura modulară garantează cel mai înalt nivel de flexibilitate în realizarea cerințelor complexe ale clienților.[5]

4.GUDEL Type FP-3

Portofoliul de tip FP cu raft și pinion are aplicații în industrii extrem de variate, cum ar fi logistica, industria mașinilor, industria aerospațială, tehnologia medicală, industria auto etc. Portalurile tip FP sunt potrivite în mod special aplicațiilor unde suprafețele mari de lucru trebuie acoperite cu un grad ridicat de precizie.[6]

5.GUDEL Type FP-4

Analiza comparativa a solutiilor constructive de realizare a ansamblurilor partiale specifice RI

Datele obtinute din prezentarea anterioara vor fi sintetizate intr-un tabel in vederea anlizarii si alegerii robotului potrivit.

Se urmărește alegerea unui tip de robot robost cu un spatiu de lucru si sarcină portabilă mare. Aplicația în care robotul va fi integrat este de paletizare a cutiilor de carton, paletilor și separatoarelor

Concluzii

Pentru aplicatie a fost nevoie de un robot cu o cursa pe axa X cat mai mare pentru a putea atinge toate punctele de lucru, timpul de stabilizare a poziționării cât mai bun pentru a avea o viteza de executie mai mică, repetabilitatea este importantă pentru a avea obiectele poziționate mereu la fel. De asemenea pentru operația de paletizare trebuie o repetabilitate cât mai bună deoarece cutiile trebuie paletizate aproximativ in acelasi loc.

Proiectarea cinematica si organologica a ansamblurilor

Prezentarea ansamblului general al RI

Construit in special pentru a lucra la înălțime acest tip de robot este utilizat în special pentru operația de paletizare / depaletizare.

O greutate de 7tone la end-efector o greutate de 100Kg.

Componentele principale ale ansamblului sunt realizate din oțel.Conceptul de design a fost optimizat cu ajutorul softurilor CAD si FEM in vederea usurarii constructiei si marirea rigiditatii. Ca rezultat robotul are o o frecventa naturala si este caracterizat de o performanta dinamica buna cu rezistente mari la vibratii.

Toate componentele robotului sunt realizate intentionat simple, numarul lor s-a micsorat si sunt foarte accesibile.

Aceste lucruri si numeroase alte elemente ce tin de design fac din robot unul de incredere, usor de intretinut cu minime cerinte de intretinere. Ocupa la sol un spatiu foarte mic si poate fi localizat foarte aproape de obiectele de manipulat, datorita constructiei structurii geometrice a acestuia. Ca oricare alt robot GUDEL are o viata ce dureaza intre 10 si 15 ani.

.

În figura 2.19 sunt prezentate componentele robotului Gudel FP-4:

Segment axa X

Segment axa Y

Segment axa Z

End-Efector

Picioarele robotului

Fiecare robot este echipat cu un controler, care este compact, cu o interfată prietenoasă și ușor de accesat.

Robotul este prins de sol cu ajutorul a 6 picioare. Mișcarea axei X se realizează cu ajutorul mecanismului pinion cu cremalieră. Cremaliera se află pe profilul cel mai lung al robotului. Mișcarea axei Y se realizează cu ajutorul unei sanii. Aceasta funcționează cu ajutorul mecanismului pinion cremalieră. Mișcarea axei Z se realizeaza cu ajutorul mecanismului pinion cremalieră. Pinionul este prins de sania de pe Y iar cremaliera pe profilul de pe Z. Flansa de montaj al end-efectorului face legatura cu gripperele necesare fiecarei aplicatii.

Spatiul de lucru al robotului este limitat de switch-uri pe fiecare axa.

Fiecare axa este condusa direct de un AC servomotor in care este integrata si frana.

Caracteristici tehnice generale rezultate pentru ansamblul general al RI

Prezentarea vederilor principale (ortogonale) si a structurii cinematice complete a ansamblului general al RI

Specificul conceptiei efectorului RI

Efectorii utilizați în aplicațiile de paletizare au o construcție specialǎ, aceasta fiind aleasǎ în funcție de forma, dimensiunile și caracteristicile de rigiditate a obiectelor de manipulat.

Efectorii de paletizare pot avea o concepție dedicatǎ:

-manipulǎrii doar a obiectelor ce trebuie dispuse ordonat pe paleți ;

-manipulǎrii obiectelor ce trebuie dispuse ordonat pe paleți și a separatoarelor dintre straturi/de închidere a stivei ;

-manipulǎrii obiectelor ce trebuie dispuse ordonat pe paleți, a separatoarelor dintre straturi/de închidere a stivei și a paleților pe care se realizeazǎ stivele cu obiecte paletizate (efectori polifuncționali).

Pentru exemplificarea tipurilor de efectori special concepuți pentru aplicația de paletizare în continuare sunt prezentați:

-efector polifuncțional cu sisteme de prehensiune vacuumatice (“VACUUM STYLE”) pentru paletizarea individualǎ/multiplǎ a produselor de tip cutii de carton și manipularea separatoarelor respectiv sistem electromecanice de prehensiune pentru manipularea paleților ;

-efector de tip sistem de prehensiune cu palete verticale (“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]

În aplicația prezentată este folosit un efector polifuncțional ce îmbină VACUUM STYLE pentru manipularea separatoarelor de carton, FORK STYLE pentru manipularea paleților și CLAMP STYLE pentru manipularea produselor.

În figura 2.23 este prezentat efectorul care a fost realizat manual in programul CATIA V5 R21 cu ajutorul analizării video-ului.

La 1 se află CLAMP STYLE pentru a manipula cutiile, acesta poate paletiza 3 cutii deodată. Există o parte mobila si una fixă.

La 2 se află FORK STYLE pentru a manipula paleții, aceste picioare se pot strange pentru a face loc pentru CLAMP STYLE.

La 3 se află VACUUM STYLE pentru a manipula separatoarele.

In figura 2.24 este prezentat mecanismul CLAMP de la efector. La 1 avem Ghidajele care sunt prinse de partea fixa a efectorului. La 2 se afla tijele, telescopice, care ajuta motorul sa împingă partea mobilă. La 3 se află rigla de ghidare care ajuta la ghidarea translatiei.

În figura 2.25 se află mecanismul de actionare al tipurilor FORK si VACUUM STYLE. La numarul 1 se afla pisa care ajuta picioarele rosii să se miște. La 2 se afla motorul cu acționare pneumatica si cu tijă telescopică. In functie de el putem regla picioarele. La 3 se afla placa care translateaza pentru a putea apuca si paleti mai mari. La 4 se află tija care se rotește cu ajutorul piesei 1. La 5 se afla motorul care ajută la translatarea plăcii 3. La 6 se afla rigla de ghidare si ghidajul care ajuta la ghidarea plăcii.

Pentru a realiza translatia din cadrul efectorului se foloseste un motor pneumatic linear cu dublu sens

Calcule cinematice si de determinare a incarcarilor aplicate ansamblului general al RI

Pentru abordarea proiectării fiecărei axe în parte din cadrul unui RI se considera cunoscute toate elementele constructiv functionale din cadrul axelor n, n-1,…, K+2, K+1.

În metodologia generală de proiectare a axelor apar o serie de particularități ale calculului ce depinde de:

-arhitectura generală a robotului industrial

-varianta constructiva a robotului industrial

-structura organologica a axelor comandate numeric

Motivul pentru care apar asemenea particularități il constituie varietatea structurala mecanica si respectiv diversitatea solutiilor de asociere a axelor de translatie sau rotație ale acestora în cadrul ansamblului general.

Obiectivele general urmărite a fi atinse prin parcurgerea etapelor majore de calcul rămân aceleasi indiferent de formalizarea matematică particulara a relațiilor de calcul. Scopul final al parcurgerii metodei de proiectare este definitivarea structurii mecanice complete precum alegerea si verificare motoarelor de actionare a axelor comandate numeric.

Pentru atingerea acestor obiective se parcurg o serie de etape de calcul specific doar pentru robotul de proiectat si respectiv o serie de etape de calcul general valabile pentru predimensionare, verificare partiala si finala a subansamblelor si componentelor organologice.

Sistemul de coordonate este ales de producător. Axa Z este amplasata în lungul piciorului, axa X este pusă aleator la baza iar axa Y este amplasată cu ajutorul reguli mâinii drepte.

Sistemul de coordonate pentru pozitionarea robotului portal are mereu aceeasi origine. La sistemul de pozitionare al efectorului, sistemul de coordonate este ales ca la sistemul de pozitionare al robotului.

La punctul P al efectorului sistemul de coordonate este ales de producator dar axa Z este mereu in jos.

L1 reprezinta cursa pe axa Z.

L2 este distanta de la picior pana la prima cupla de translatie.

L3 este distanta de la prima cupla de translatie pana la a doua cupla de translatie.

L4 este distanta de la a doua cupla de translatie pana la a treia cupla de translatie, aceasta valoare este una fixa.

P1,P2,P3 sunt cuplele de translatie ale robotului.

a1,a2 si a3 sunt distantele ramase din cursa maxima.

Cu ajutorul numerelor 1,2,3,4 sunt numerotate cuplele.Cupla 4 face parte din sistemul de orientare, este o cupla de rotatie si are un unghi alfa.

Determinarea parametrilor functionali si a solicitarilor aplicate ansamblurilor partiale de proiectat

Localizarea centrelor de masa se face in programul CATIA V5. Se vor calcula masele fiecarui subansamblu.

Masele fiecarui subansamblu sunt:

𝑚1 = 𝑉1 ∙ 𝜌oteS = 0.082 ∙ 8050 = 660 𝑘𝑔 (2.17)

𝑚2 = 𝑉2 ∙ 𝜌oteS = 0.027 ∙ 8050 = 217.35 𝑘𝑔 (2.18)

𝑚3 = 𝑉3 ∙ 𝜌oteS = 0.009 ∙ 8050 = 72.45𝑘𝑔 𝑘𝑔 (2.19)

𝑚4 = 𝑉4 ∙ 𝜌oteS = 0.002 ∙ 8050 = 16.1 𝑘𝑔 (2.20)

𝑚5 = 𝑉5 ∙ 𝜌aSuniniu = 0.018 ∙ 2700 = 156𝑘𝑔 (2.21)

𝑚6 = 13.6𝑘𝑔 (2.22)

Localizarea centrelor de masă:

Proiectarea structurii cinematice si organologice complete a ansamblurilor partiale

Specificarea caracteristicilor tehnice proprii ansamblurilor partiale de proiectat

Analiza structurii cinematice de ansamblu a robotului industrial reprezintă o etapă ulterioară evidențierii principalelor subsisteme și dispunerea acestora în cadrul sistemului mecanic al robotului. Această analiză urmărește în principal evidențierea legăturilor și a condiționărilor funcționale reciproce ce apar între elementele structurii mecanice, în timpul miscărilor de pozitionare – orientare a efectorului acestuia.

Pentru o analiza unitara a cinematicii de ansamblu a oricarui robot facem precizia ca structura subsistemului mecanic al acestora este caracterizata din punct de vedere cinematic, de urmatoarele aspecte:

– numarul, tipul ordinea de asociere si pozitia reciproca a axelor de miscareale cuplelor majore ce permit obtinerea gradelor de libertate necesare pozitionarii respectiv orientarii si generarea unui spatiu de lucrucu o anumita forma;

– conditionarile geometrice si sinematice, ce apar intre elementele componente, ce apar intre elementele componente ale structurii mecanice a robotului in timpul functioanrii;

– posibilitatile de materializare efectiva a structurii lanturilor cinematice corespunzatoare fiecarei axe comandate numeric a RI;

Aspectele sus mentionate permit caracterizarea complexa a structurii cinematice de ansamblu a oricarui RI, fara a apela in mod oblogatriu la terminologia de lant cinematic inchis / deschis evidentiata ca improprie in unele cazuri. Este permisa astfel acordarea complexa atat a structurii cinematice a subsistelumul de pozitionare majora si generare a traiectoriei, cat si a celui de pozitionare minora si orientare a end-efectorului, intrucat se poate realiza descrierea interactiva a :

– arhitecturii generale

– formei spatiului de lucru su numarul total de grade de libertate

– structurii particulare a fiecarui lant cinematic ce permite materializarea unei axe comandate numeric

– dependentelor geometrice rezultate din conditionarile cnstructive.

Calcule cinematice specifice ansamblurilor partiale de proiectat

Reprezentarea si reducerea fortelor gravitationale si inertiale generate de miscarile de translatie si rotatie in cupla 4

Reprezentarea si reducerea fortelor gravitationale si inertiale generate de miscarile de translatie in cupla 3

Pentru axa 3, in plus, se adauga greutatea si inertiile chesonului, respectiv greutatea si inertiile reductorului cicloidal selectat pentru cupla 4.

Determinarea distributiei fortelor pentru alegerea galetilor pentru axa 3

In metodica prezentata mai jos sunt incluse si cotele ce folosesc si la studierea distributiei fortelor pentru alegerea galetilor pentru axa 4. Se vor utiliza, deci, doar cotele relevante pentru axa 3.

Calcule organologice si de rezistenta pentru proiectarea completa a componentelor

Alegerea reductorului cicloidal pentru axa 4 (Roll)

Din catalogul de reductoare RV-E Series se allege tipodimensiunea minima a reductorului ce poate fi integrat in aplicatie. Conform manualului de produs Gudel pentru modelul FP – 4, diametrul flansei de prindere a reductorului este de 250 mm (diametru de verificare).

Elementele de verificat sunt:

Calculul pentru alegerea motorului pentru axa 4

Schema de actionare simplificata

Momentele inertiale pentru obiect, efector, sistem de orientare si flansa au fost calculate conform urmatoarelor formule pentru momentele inertiale corespunzatoare formelor simple:

1. Corpuri prismatice

a) Cu centrul de greutate pe axa de rotatie

b) Cu centrul de greutate la o distanta “x” fata de axa de rotatie

2. Corpuri cilindrice

2.1. Cu axa de revolutie coincidenta sau paralela cu axa de rotatie

a) Cu centrul de greutate pe axa de rotatie

b) Cu centrul de greutate la o distanta “x” fata de axa de rotatie

2.2. Cu axa de revolutie perpendicular pe axa de rotatie

a) Cu centrul de greutate pe axa de rotatie

b) Cu centrul de greutate la o distanta “x” fata de axa de rotatie

Unde:

J = momentul de inertie;

m = masa corpului;

Conform programului CATIA, momentul de inertie total al efectorului este:

Conform programului CATIA, momentul de inertie total al sistemului de orientare este:

Rezulta, asadar:

Formula complete devine, deci:

Din catalog, avem optiunea de a selecta direct drept o valoare unitara, iar valoarea termenului o alegem din catalogul reductorului, la fel precum valoarea raportului . Clasa de putere pe care o alegem este cea cu turatie de , aceasta fiind clasa indicate pentru utilizare in cadrul conceptiei robotilor industriali. Avem, asadar:

1. Criteriul cinematic

Rezulta ca relatia este verificata de oricare raport al tipodimensiunii reductorului ales.

2. Criteriul static

Rezulta ca relatia este respectata decat de doua rapoarte pentru reductor. La urmatorul pas nu se va mai testa, deci, decat aceste rapoarte de transmisie.

3. Criteriul dinamic

Pentru raportul de transmitere 105:

Pentru raportul de transmitere 121:

Rezulta ca relatia este respectata de toate motoarele.

4. Verificarea parametrilor de performanta

Pentru raportul de transmitere 105:

=

=

=

=

=

=0.92

=

=0.92

=

=0.094

=

=0.095

Pentru raportul de transmitere 121

=

=

=

=

=

=0.69

=

=0.69

=

=0.07

=

=0.07

Rezulta ca relatiile si sunt respectate de toate motoarele.

In urma aplicarii metodicii de selectie a motoarelor rezulta ca toate motoarele pot fi utilizate pentru aceasta aplicatie, atata timp cat se folosesc reductoarele cu rapoartele de transmisie 105 si 121.

Alegerea galetilor pentru axa 3

;

;

;

N;

Caseta galet 1:

Caseta galet 2:

Caseta galet 3:

Caseta galet 4:

Cea mai mare incarcare dintre forte este N, pe punctul T2, al casetei de galeti 2. Asadar, alegerea componentei se va face selectand tipodimensiunea cu cu valoarea imediat superioara.

Alegerea galetilor pentru axa 2

Fortele pe directia Y nu sunt preluate de galeti, ci de mecanismul pinion-cremaliera pe linia de divizare

N

Galetul nr. 5

Galetul nr.6

=

Galetul nr.7

–

Galetul nr. 8

–

=

Cea mai mare incarcare dintre forte este , pe punctul T5, al casetei de galeti 2. Asadar, alegerea componentei se va face selectand tipodimensiunea cu cu valoarea imediat superioara.

Dimensionarea si verificarea componentelor mecanice si a sistemelor de actionare electrica / pneumatica / hidraulica a ansamblurilor partiale proiectate

2.2.4.1. Proiectarea cremalierei pentru axa 3 (Translatie pe Z)

Din tabelul prezentat în metodologie, în coloana unde sunt inserate valorile fortelor vom selecta valoarea imediat superioară forței calculate

2.2.4.2. Proiectarea cremalierei pentru axa 2 (Translatie pe Y)

Din tabelul prezentat în metodologie, în coloana unde sunt inserate valorile fortelor vom selecta valoarea imediat superioară forței calculate

Alegerea motorului

Axa 3 si 2 a robotului de tip portal dublu este de translatie. Aceasta axa implica un mecanism de transformare a mișcării de rotație în translație: pinion cremaliera.

=381.9718r/min

Din catalog, avem optiunea de a selecta direct drept o valoare unitara, iar valoarea termenului o alegem din catalogul reductorului, la fel precum valoarea raportului . Clasa de putere pe care o alegem este cea cu turatie de , aceasta fiind clasa indicate pentru utilizare in cadrul conceptiei robotilor industriali. Avem, asadar:

1. Criteriul cinematic

Rezulta ca relatia este verificata

2. Criteriul static

Rezulta ca relatia este respectata

3. Criteriul dinamic

Pentru fiecare motor si raport rezultatele sunt la fel

0.0074Nm

=

Rezulta ca relatia este respectata de toate motoarele, pentru toate rapoartele de transmisie ale reductoarelor.

In urma aplicarii metodicii de selectie a motoarelor rezulta ca toate motoarele pot fi utilizate pentru aceasta aplicatie, atata timp cat se folosesc reductoarele cu rapoartele de transmisie 1/3,1/4, 1/5,1/7,1/10.

Modelarea asistata CAE a comportarii statice si dinamice a profilului Z

2.2.5.1. Tema de proiect

Acest proiect prezintă rezultatele unui studiu cinematic, structural și tranzitoriu al unui robot industrial de tip portal dublu FP-4 de la firma Gudel, cu programul ANSYS, folosind interfața grafică Workbench. Modulele folosite sunt: Rigid Dynamics pentru analiză cinematică, Static Structural-pentru verificările de rezistentă materialelor și Transient Structural -răspunsul dinamic al structurii la o forță variabilă în timp.

2.2.5.2. Pregătirea modelului pentru simulare – curățarea și simplificarea geometriei

Pentru a curăța geometria s-a introdus robotul în ansys și s-a deschis cu programul de editate 3D, SpaceClaim. In SpaceClaim au fost eliminate racodurile, găurile, șuruburile și elementele care nu influențau analiza dar o încurcau, ca de exemplu cablurile sau șina pentru cabluri.

De asemenea s-au combinat elemente din robot pentru a realiza mai puține part – uri. Robotul conținea când a fost introdus prima dată in SpaiceClaim 183 de part-uri iar la final după ce acesta a fost curățat robotul s-a ajuns la 21 de part-uri.

Analiza cinematică

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 deformații, 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 resorturi. În tabelul 1 sunt prezentate toate tipurile de cuple cinematice.

Bushing – Conector special, de tip bucșă, poate fi folosită în cazul unei piulițe cu bile. Se comportă ca o cuplă în care forțele 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, iar , ,  – rotațiile, x, y, z – viteze de rotație unghiulară relativă, sunt combinații liniare ale vitezelor unghiulare. Termenii din afara diagonalei reprezintă cuplarea gradelor de libertate.

Modelul virtual

Analiza cinematică a robotului a fost realizată prin metoda Runge-Kutta 4. Primul pas a fost de a selecta materialele pe care o să le atribuim structurilor, oțel sau aluminiu.

Greutatea robotului Gudel FP-4 rezultă din fisa tehnică, aceasta este de 7,5tone.

Ulterior am atribuit materialele pe structurile robotului am ajuns la o greutate a robotului de 7 tone care se apropie de greutatea lui inițială.

Condiții de simulare

S-au inserat cuplele de translație pe robot. Am folosit și comanda Body-Body pentru a fixa elementele între ele. Comanda Body-Ground a fost folosită pe suprafața picioarelor pentru a fixa robotul in aceea poziție.

S-a realizat analiza cinematică, apoi s-a folosit comanda duplicate pentru a crea o analiză statică si una in regim tranzitoriu.

S-a inserat o forță care să țină cont de greutatea obiectului pe care robotul îl paletizează.

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

Forța are valoarea de 2000N care reprezintă greutatea obiectelor pe care robotul le paletizează.

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), 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 12 este exemplificată definirea unei cuple de translatie. Programul constrânge automat gradele de libertate necesare pentru funcționarea cuplei.

In setarile analizei am selectat numarul de pasi la 15s. Deoarece atat dureaza pana cand robotul nostru face o operatie.

Timpi de rezolvare au fost extrasi cu ajutorul programului CATIA si al videoclipului de pe internet.

Pentru fiecare cuplă în parte s-au introdus valori în tabelul cu date.

Avem datele în tabel pentru axa X:

Avem datele în tabel pentru axa Y:

Avem datele în tabel pentru axa Z:

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, definitivarea soluției constructive și a maselor ansamblurilor.

Rezultate

La soluții au fost selectate de a fi analizate deplasările totale. Observăm că în secunda 12 deplasările incep să crească.

S-au selectat pentru a fi analizate și vitezele totale. Se constată că cele mai mari viteze sunt la inceput aplicatiei atunci când robotul se deplasează pe axa X. Se observă că vitezele sunt liniare, deoarece fiecare axă a robotului se miscă alternativ.

Concluzii in analiza cinamatica

Avantajul analizei cinematice pentru structuri de roboți cu ANSYS Workbench constă în calculul caracteristicilor cinematice ale robotului și evaluarea comportării statice sau dinamice în condiții reale de solicitare și în timpul funcționării robotului la parametri doriți de proiectant. Vizualizarea și animarea rezultatelor permite nu numai observarea comportării în timpul funcționării, 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, TOSCA, sau alte solvere preferate de compania care dezvoltă produsul.

Analiza statică

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

{F}[K]{u} (1)

unde {F} este vectorul forțelor exterioare care acționează în toate nodurile structurii și pe toate direcțiile, [K] – matricea de rigiditate a întregii structuri, iar {u} este vectorul deplasărilor în toate nodurile structurii. Matricea [K] se numește matrice de rigiditate globală și se formează prin asamblarea matricelor de rigiditate elementare – se adună elementele care se referă la același nod și la același grad de libertate pe nod.

Matricea de rigiditate [K] este entitatea fundamentală a calculelor prin elemente finite. Ea este o matrice: simetrică – se poate lucra numai cu jumătatea superioară, bandă – elementele nenule se pot grupa în apropierea diagonalei principale, rară – conține un număr relativ mic de elemente nenule, singulară.

Metoda de rezolvare a sistemului de ecuații (1) este determinantă pentru performanțele programului de analiză structurală prin elemente finite. Din sistemul de ecuații (1) se calculează deplasările nodale {u}, pe baza cărora se stabilesc deformațiile specifice {} (2) și tensiunile {} (3). La fel ca și în cazul deplasărilor, ultimele două sisteme de ecuații se obțin prin generalizarea sistemului de ecuații care se referă la un element finit

{}[B]{u} (2)

{}[D]{} (3)

Metoda frontului de undă Ȋn ANSYS rezolvarea sistemului de ecuații (1) se face prin Metoda frontului de undă [2]. Prin front de undă se înțelege numărul de ecuații care sunt active la un moment dat

unde k – este numărul ecuației, j – coloana, iar L – numărul total de ecuații.

Timpul de rezolvare este proporțional cu pătratul valorii medii a frontului de undă. Fiecare nod care se rezolvă este eliminat din matrice prin metoda de eliminare Gauss. Matricea de rigiditate se expandează sau se contractă după prima, respectiv ultima apariție a unui nod pe un element.

Studiul dinamic prin MEF al structurilor elastice poate fi privit ca o extindere a analizei statice în probleme în care se consideră și dependența de timp a modelelor discretizate spațial prin elemente finite. Dacă deplasările u(x,y), considerate la analiza statică variază în timp, este necesar ca, pe lângă forțele considerate pentru modelul static să se ia în considerare și forțele de inerție, precum și cele de frecare.

Ecuațiile diferențiale de mișcare, scrise pe baza principiului lui d’Alembert sunt:

unde termenul [M]{u} reprezintă forțele de inerție, [C]{u} – forțele de frecare, care sunt proporționale cu vitezele, [K]{u} – forțele elastice, iar {F(t)} – forțele exterioare, variabile ȋn timp. [M] reprezintă matricea maselor, sau matricea de interție a întregii structuri, iar [C] este matricea de amortizare. Matricile [C], [M] și [K] se asamblează din matricile elementare.

Condiții de simulare

La final de analiză cinematică am dat export la Motion Loads, la secunda 14 unde avem cele mai mari deformații ale robotului.

Am generat un fisier de export al incărcărilor pentru toate cuplele cinematice in momentul când sunt cele mai mari forțe in sistem.

ANSYS Workbench Frame Loads File

03/27/19 08:56:29

Assembly Database

WB Rigid Body Dynamics

Time

1.400000e+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

-2.087219e-017 9.466331e-033 -5.684342e-017

Rotational Velocity

2.348460e-016 4.363323e-001 3.013562e-017

Rotational Acceleration

-8.361975e-036 -1.553614e-020 -1.073015e-036

Center of Rotation

1.727000e-001 -4.509534e-002 -2.242003e+000

Inertial State

Body

DDMPart_5

Gravitational Acceleration

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

Translational Velocity

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

Translational Acceleration

-1.332268e-018 -3.944305e-034 8.437695e-018

Rotational Velocity

2.451977e-016 4.363323e-001 2.588880e-017

Rotational Acceleration

-8.730562e-036 -1.553614e-020 -9.218019e-037

Center of Rotation

1.727000e-001 1.339359e-001 -2.242003e+000

Inertial State

Body

DDMPart_7

Gravitational Acceleration

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

Translational Velocity

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

Translational Acceleration

-3.059206e-018 -7.888609e-033 5.684342e-017

Rotational Velocity

2.616345e-016 4.363323e-001 3.739795e-017

Rotational Acceleration

-9.315813e-036 -1.553614e-020 -1.331599e-036

Center of Rotation

1.727000e-001 3.065619e-001 -2.242003e+000

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

-1.243450e-017 9.466331e-033 -5.684342e-017

Rotational Velocity

2.348460e-016 4.363323e-001 3.013562e-017

Rotational Acceleration

-8.361975e-036 -1.553614e-020 -1.073015e-036

Center of Rotation

1.727000e-001 3.055623e-001 -2.242003e+000

Inertial State

Body

DDMPart_11

Gravitational Acceleration

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

Translational Velocity

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

Translational Acceleration

Programul generat de ansys.

In analiza statică am analizat profilul de pe axa Z.Rigiditatea profilului a fost schimbată în flexibil și am afișat doar căruciorul de pe Y. Ulterior am folosit comanda de a-și creea singur conexiunile.

S-a importat Motion Loads-ul din analiza dinamică.

De asemenea s-a folosit comanda fixed support pe spatele profilului. Acesta trebuie să fie fixat de căruciorul de pe Y.

S-a realizat un mesh cu un element sizing de 50mm

Rezultate analiza statică

La soluții au fost alese deformațiile totale pentru a afla unde se află cea mai mare tensiune pe robot. Se poate observă că profilul are cele mai mari tensiuni în zona de jos.

S-a ales să se calculeze și rezultatele pentru alungirea elastică echivalentă si tensiunea echivalentă. Se observă că deformațiile cele mai mari apar în partea de jos a profilului.

Concluzii în analiza statică

S-au comparat tensiunile și deplasările din static cu erorile de poziționare.

Cu analizele static și dinamic putem identifica zonele de pe structură unde pot apărea efectele în timp ale maximelor în tensiune.

Fișierul din analiza dinamică, motion loads, este un fișier de export al încărcărilor tuturor

cuplelor cinematice într-un anumit moment când sunt cele mai mari forțe în sistem.

Analiza in regim tranzitoriu

Analiză tranzitorie (Transient analysis) determină răspunsul dinamic al structurii la o forță variabilă în timp (răspuns în timp). Rezultatele sunt: deplasări, deformații specifice, tensiuni – toate variabile in timp. Se observă evoluția mărimilor de răspuns pe durata funcționării, durată pe care se face simularea.

Ecuațiile diferențiale de mișcare, scrise pe baza principiului lui d’Alembert sunt:

unde termenul reprezintă forțele de inerție, – forțele de frecare, care sunt proporționale cu vitezele, [K]{u} – forțele elastice, iar {F(t)} – forțele exterioare, variabile ȋn timp. [M] reprezintă matricea maselor, sau matricea de interție a întregii structuri, iar [C] este matricea de amortizare. Matricile [C], [M] și [K] se asamblează din matricile elementare.

Condiții se simulare

In analiza tranzitorie s-a schimbat rigiditatea profilului Z in flexibil, s-a realizat un mesh cu element sizing de 50mm. Au fost stabiliți incremenți de rezolvare (Inițial, Minim, Maxim) pentru fiecare pas de timp

In imaginea fig.2.90 se observă tabelul cu convergența forțelor din timpul rezolvării. Daca pe ecran ne apăreau linii roși verticale ar fi inseamnat că ceva s-a intâmplat pe parcursul rezolvării.

Rezultate Analiza in regim tranzitoriu

S-a ales să se calculeze deformațiile totale. Se observă ce se intâmplă cu profilul intr-un interval de timp.

S-a ales să se calculeze si viteza totală. Se observă că viteza robotului este cea mai mare la începutul aplicatiei când robotul se mișcă pe axa X.

S-a ales să se calculeze si accelerația totală. Se observă că cea mai mare accelerație se află in secunda 2 si secunda

S-a ales să se calculeze tensiunea echivalentă si energia de deformare. Se observă că cea mai mare tensiune este în secunda 2 si 5 identic și pentru energia de deformare.

Se poate observa ce se intamlă cu profilul in timp din punct de vedere elastic.

2.2.5.15. Concluzii analiza in regim tranzitoriu

-Analiza tranzitorie este cea mai completă și complexă analiză din punct de vedere dinamic pentru structuri de roboți. Monitorizarea robotului din toate punctele de vedere.

– Pentru a calcula rezistenta admisibila

–

Valoarea rezistenței admisibile a unui material este, în principiu, specifică fiecărui tip de solicitare și se definește, teoretic, prin comparație cu o stare limită de pe curba lui caracteristică la solicitarea respectivă. Starea limită este considerată periculoasă pentru rezistența materialului și trebuie, prin urmare, să nu fie atinsă pe parcursul funcționării piesei pentru care se fac calculele de rezistență.

În acest sens, se adoptă un coeficient de siguranță (c), întotdeauna supraunitar, proporțional cu distanța care se impune a fi păstrată față de starea limită.

Coeficienții de siguranță utilizați în cazul pieselor de mașini au, în mod obișnuit, valori cuprinse între 1,3 și 4. Valoarea cea mai potrivită pentru un anumit caz concret se alege, în principiu, în funcție de tipul de solicitare, domeniul de utilizare a piesei și materialul folosit.

Prezentarea solutiilor tehnice finale rezultate pentru ansamblurile proiectate

Analiză cinematică a robotului a fost realizată prin metodă Runge-Kutta 4 nu prin metodă elementelor finite.

S-au comparat tensiunile și deplasările din static cu erorile de poziționare.

S-a făcut analiza cinematică pentru a putea calculă încărcările de pe fiecare element

Analiză dinamică este o analiză care precede o analiză statică și tranzitorie

Cu ajutorul analizei dinamice putem vizualiză elementul deplasat pe fiecare traiectorie

Putem monitoriza încărcările în cuplele cinematice,viteze,accelerații pe toată durată ciclului de funcționare.

Analiză cinematică reduce solicitările pe fiecare componență în toate momentele ciclului cinematic

Cu analizele static și dinamic se pot identifica zonele de pe structură unde pot apărea efectele în timp ale maximelor în tensiune.

Analiză tranzitorie este cea mai completă și complexă analiză din punct de vedere dinamic pentru structuri de roboți. Monitorizarea robotului din toate punctele de vedere.

Fișierul din analiză dinamică, motion loads, este un fișier de export al încărcărilor tuturor cuplelor cinematice într-un anumit moment când sunt cele mai mari forțe în siste.

Avantajul analizei cinematice pentru structuri de roboți cu ANSYS Workbench constă în calculul caracteristicilor cinematice ale robotului și evaluarea comportării statice sau dinamice în condiții reale de solicitare și în timpul funcționării robotului la parametri doriți de proiectant. Vizualizarea și animarea rezultatelor permite nu numai observarea comportării în timpul funcționării, 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, TOSCA, sau alte solvere preferate de compania care dezvoltă produsul.

Pentru a calcula rezistenta admisibila

–

–

Valoarea rezistenței admisibile a unui material este, în principiu, specifică fiecărui tip de solicitare și se definește, teoretic, prin comparație cu o stare limită de pe curba lui caracteristică la solicitarea respectivă. Starea limită este considerată periculoasă pentru rezistența materialului și trebuie, prin urmare, să nu fie atinsă pe parcursul funcționării piesei pentru care se fac calculele de rezistență.

În acest sens, se adoptă un coeficient de siguranță (c), întotdeauna supraunitar, proporțional cu distanța care se impune a fi păstrată față de starea limită.

Coeficienții de siguranță utilizați în cazul pieselor de mașini au, în mod obișnuit, valori cuprinse între 1,3 și 4. Valoarea cea mai potrivită pentru un anumit caz concret se alege, în principiu, în funcție de tipul de solicitare, domeniul de utilizare a piesei și materialul folosit.

Sinteza de ansamblu a aplicatiei robotizate proiectate

Prezentarea ansamblului general al aplicatiei robotizate

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

Aplicația prezentată este de tipul 1 intrare și 1 ieșire, deoarece are un conveior de intrare, pe care sunt introduse obiectele în celulă, și un conveior de ieșire, pe care sunt evacuați păleții cu stivele de obiecte.

Aplicația ce stă la baza fundamentării temei de proiect este o aplicație dezvoltată de compania Sage Automation.

Inginerii Sage au fost pionierii proiectelor a patru generatii de sisteme Robot Portal Dublu si Robot Brat Articulat, de la mijlocul anilor '70. Au îmbunătățit continuu flexibilitatea, fiabilitatea, viteza, sarcina utilă și precizia. Sage Automation a fost un distribuitor autorizat FANUC Robotics din 1995. În acel moment, inginerii și programatorii Sage Automation au dezvoltat o linie de comunicare puternică cu FANUC pentru acoperirea maximă a suportului tehnic și a capacităților de rezolvare a problemelor. Sage Automation poate integra cu ușurință aproape orice platformă cu unitățile de control FANUC grație instruirii certificate de FANUC pe care programatorii și inginerii noștri le-au luat, precum și experiența în lumea reală în ceea ce privește locurile de muncă anterioare care implică echipamente FANUC.[2]

Denumirea aplicatiei este ,, Celulă robotizată de paletizare cutii de carton integrând un robot industrial de tip portal dublu” iar aceasta poate fi gasita la linkul

-Producatori de subsisteme similare celor ce vor fi integrate in aplicatie

Conveioare cu lant au o viteza maxima de 80 de m/min si posibilitatea de a transporta pana la 500 de kg . Ajuta la miscarea paletului si a cutiilor sper infoliere.

Conveioare cu role ajuta la transportarea cutiilor pana in spatiul de lucru al robotului

Conveior cu banda, pe el intra produsele in celula. De pe acest conveior produsele sunt distribuite pe conveioarele cu role.

Distribuitor de paleti, acesta distribuie paleti cu ajutorul conveiorului cu lant pana in spatiul de lucru al robotului. Acesta este alimentat cu paleti de catre motostivuitor.

Sistemul de stocare pentru separatoare. Acesta are un sistem în plus cu care îndoaie separatorul și îl lipeste cu scoci la coltul acestuia pentru o stabilitate mai buna a cutiilor pe palet.

Sistem de înfoliere, acesta ajută la infolierea produsului final(palet+separator+cutii)

Senzorul de detecție E4DA de la omron, acesta ajută la detectarea cutiilor pe conveior.

Garduri.

Pentru siguranta celor care isi desfasoara activitatea in apropierea celulei s-au folosit garduri de la firma Troax, pentru a ingradi celula.

Robotul folosit in aplicatie este GUDEL FP-4 , un robot cu arhitectura de tip portal dublu,3 axe de translatie si 1 axa de rotatie, masa portanta maxima de 200 kg.

Efectorul folosit in aplicatie este construit pentru aceasta. El indeplineste trei functii in cadrul celulei.. Preia paletii ,cu FORK STYLE, care vin de la distribuitorul de paleți și îi distribuie pe conveioarele cu lanț. Efectorul mai poate apuca separatoarele cu ajutorul VACCUM style și le distribuie pe paleti. După la final cu ajutorul CLAMP STYLE preia cutiile și le așează pe paleți.

Descrierea functionarii de ansamblu a aplicatiei si a rolului functional specific al subsistemelor componente in cadrul acesteia

Robotul cu ajutorul efectorului preia paletul(2) de la distribuitorul de palet(1) si il pune pe conveiorul de lant. Dupa robotul se duce la sistemul de stocare pentru separatoare (3) si cu ajutorul placilor(5) el indoaie separatorul, dupa aceea cu ajutorul sistemului de lipit(6) el lipeste separatorul. La final robotul pune separatorul indoit (4) pe palet.

Robotul ia cutiile (7) si le paletizeaza pe paletul (8)

1Conveior cu role si sistem de liftare

2Sistem de infoliere

3Conveior cu lant

4Distribuitor de paleti

5Robot Gudel FP-4

6Sistem pentru stocarea separatorilor

7Conveior cu role

8Cutie

9Conveior cu banda

10Senzor de detectare cutiie

11Senzor de citire cod de bare cutie

Aplicația conține un robot de tip portal dublu (5) ce paletizeaza paleți, separatoare și cutii. În aplicație avem 2 senzori, unul pentru a detecta cutiile(10) si unul pentru a citi codul de bare de pe cutii(11), un distribuitor de paleți(4), un sistem de stocatore de separatoare(6). 5 conveioare cu role(7), 1 conveior cu bandă(9), 5 conveioare pe lanț(3) și un conveior mare cu role și sistem de liftare paleți(1).Iar la final un sistem de infoliere(2).

Cutiile sunt puse manual de catre operator pe conveiorul cu banda(9), de aici senzorul (11) citește codul de bare de pe cutii și distribuie cutia automat la un conveior cu role. Pentru a muta cutiile de pe conveiorul cu banda pe cel cu role avem un sistem de liftare care este activat cu ajutorul senzorului(10).

Robotul preia păleții de pe conveiorul cu lanț(4) și le distribuie pe toate cele 5 conveioare cu lanț(3). După aceea preia separatoarele din stocator(6), acolo le indoaie la un colț iar după sunt lipite cu scoci și le distribuie pe cei 5 paleți de pe conveioarele cu lant(3).

Cutiile(8) de pe conveioarele cu role albe(7)sunt preluate de catre robot. Robotul vine și preia cele 3 cutii(8) și le așează pe palet(3). După ce paletul este plin el pleacă la infoliere(2). Iar robotul pune un alt palet gol în locul său.

Specificul exploatarii ansamblului general al aplicatiei

Schema de conectare la automatul programabil:

Senzorul de deplasare ultrasonic E4DA oferă un sistem simplu de detectare a pieselor de diferite culori. Senzorul E4DA detectează mici diferențe de nivel pentru a confirma prezența pieselor, indiferent de culoarea acestora, neregularități ale culorii, grad de lustruire sau alte caracteristici vizuale. În trecut, când erau folosiți senzori fotoelectrici, detectarea distanței de către senzor se modifica odată cu culoarea pieselor și necesita timp pentru ajustare. Senzorii fotoelectrici pot de asemenea greși la determinarea suprafețelor reflectorizante

Specificul simularii a functionarii de ansamblu a aplicatiei

Simularea asistata a functionarii de ansamblu a aplicatiei

Simularea aplicației a fost realizată in CatiaV5R21 cu ajutorul DMU Kinematics. După ce a fost realizată celula in Catia si am pus toate constrangerile de pe fiecare axă si element in parte.

In DMU Kinematics am selectat introdus pe rand fiecare component in parte si i am facut simularea separat. Am dat fixed support la un component si am realizat cuplele fie ele de translatie sau de rotatie.

Componentele cărora le-am realizat simularea sunt urmatoarele:

Prezentarea specificului programarii prin instruire

In fig.3.28 este prezentata DMU Kinematics pentru axa X a robotului

In fig.3.29 este pusa in evidenta translatia de pe axa Y

In fig.3.30 este pusa in evidenta translatia de pe axa Z

In fig.3.31 este pus in evidenta motorul.

In fig.3.32 este pusa in evidenta rotatia efectorului fata de reductor

In fig.3.33. este pusa in evidenta rotatia piciorului

In fig.3.34 este pusa in evidenta rotatia paletei si in arbore se observa toate cuplele

In fig.3.35 este pusa in evidenta rotatia paletei de la sistemul de lipit si in arbore se observa toate cuplele

In fig.3.36 este pusa in evidenta rotatia a mecanismului de translatie pe verticala

In fig.3.37 este pusa in evidenta translatia paletului

Modelarea asistata avansata CAE a comportarii unui ansamblu partial al RI

In figurile urmatoare este prezentata ordinea de asezare a elementelor in sistem:

Se adauga podeaua:

Se adauga robotul portal dublu Gudel FP-4 impreuna cu efectorul

Se adauga conveioarele cu role, lant si banda

Se adauga sistemul de stocare separatoare.

Se adauga sistemul de pallet dispencer-ul

Se adauga sistemul de infoliere

Se adaugă gardul de protecție.

Prezentarea imaginilor din video-ul realizat in DMU Kinematics

Tehnologia de fabricatie a unuei flanșe specifice din cadrul ansamblurilor proiectate

Prezentarea desenului de executie al reperului de realizat

Cunoașterea rolului funcțional este prima etapă în proiectarea oricărui proces tehnologic de realizare a piesei respective deoarece se face în primul rând o proiectare funcțională care trebuie să se coreleze cu proiectarea tehnologică a piesei. Rolul funcțional al piesei este dat de rolul funcțional al fiecărei suprafețe ce delimitează piesa în spatiu, de aceea în primul rând se stabilește rolul funcțional al fiecărei suprafețe folosind metoda de analiză morfofuncțională a suprafețelor ce presupune parcurgerea următoarelor etape:

S-a analizat fiecare suprafață în parte din următoarele puncte de vedere:

*forma geometrică a suprafeței

*dimensiunile de gabarit

*precizia dimensionala, precizia de forma,precizia de pozitie

*rugozitatea si duritatea

Reprezentarea si notarea suprafetelor specifice de prelucrat pe reperul de realizat

Caracteristici de material

Alegerea optima a unui material pentru o anumita destinatie este o problema deosebit de complexa care trebuie rezolzata de proiectant, ceea ce inseamna alegerea acelui material ce indeplineste cerintele minime de rezistenta si durabilitate ale piesei in conditiile unui pret de cost minim si a unei fiabilitati sporite.

Metoda folosita pentru alegerea materialului optim se numeste metoda de analiza a valorilor optime si are la baza valorificarea la maxim a intregului ansamblu de proprietati functionale, tehnologice si economice.

Pentru rezolvarea acesteia trebuiesc rezolvate urmatoarele etape:

stabilirea rolului functional al piesei, a tehnologicitatii constructiei si a conditiilor de functionare ale acesteia. Aceasta etapa s-a rezolzat la punctul precedent.

determinarea si stabilirea factorilor analitici ai problemei alegerii materialului optim , se face luand in considerare intregul ansamblu de proprietati functionale, tehnologice si economice.

descompunerea factorilor analitici in elemente primare. Toti factorii primari sunt prezentati intr-un tabel“ Materiale- Proprietati“ de forma celui prezentat in tabelul de mai jos.

aprecierea calitativa a factorilor analitici , se face folosind un sistem de notare in functie de valoarea fiecarei proprietati k acordandus-i-se o nota tk in functie de precizia care se vrea obtinuta.

stabilirea ponderii importantei fiecarui factor primar se face tinand cont de datele rezultate din etapele precedente , acordand fiecarei proprietati k o pondere dk.In stabilirea ponderii trebuie indeplinita conditia

alegerea solutiei optime la momentul dat : se face aplicand criteriul :

analiza solutiilor din punct de vedere al utilitatii lor si stabilirea conditiilor de inlocuire economica a unui material cu alt material

In tabelul de mai jos se prezinta aceasta metoda de analiza care foloseste toate elementele prezentate in etapele anterioare.

De remarcat este faptul ca la alegerea materialului optim pentru prelucrarea printr-un anumit procedeu tehnologic proprietatii tehnologice de maxim interes (sudabilitate, turnabilitate, deformabilitate, uzinabilitate) i se va acorda o pondere mai mare.

Daca din analiza, materialul optim rezultat nu este si cel mai indicat pentru acel procedeu, atunci se va alege urmatorul material ce are imediat inferioară.

Atunci, din analiza valorilor obtinute in tabel, materialul optim ales este OLC45 acesta fiind cel cu suma ∑tkdk= 2.85 cea mai mare si indeplinind cel mai bine cerintele functionale, tehnologice si economice.

Tehnologicitatea constructiei reperului

a. • Găuri cilindrice: Φ6 (2x), Φ110 (1x) ), Φ65 (1x) ), Φ80 (1x) .

• Teșituri: 2×45◦, .

• Raze de racordare: R2(2x), .

Astfel, gradul mediu de unificare constructivă este

.

b. Concordanta dintre caracteristicile constructive prescrise si cele impuse de rolul functional/tehnologic

Gradul de concordanță dintre caracteristicile constructive (CC) prescrise și cele impuse de rolul funcțional/ tehnologic, λc, este

(1.2.2)

unde: cc este numărul CC prescrise care sunt în concordanță cu cele impuse de cerințele funcțional-tehnologice, iar ct – numărul total al CC prescrise.

Analiza caracteristicilor prescrise produsului considerat prin proiectul inițial, în raport cu unele cerințe funcționale/ tehnologice (v. § 1.2.2), a reliefat că j = … caracteristici prescrise reperului nu sunt în concordanță cu cele impuse de cerințele funcțional-tehnologice. Astfel, inițial, λci, este

λci = ( ct – j)/ct

După operarea modificărilor propuse (v. § 1.2.2):

λc = 1.

c. Condiții de tehnologicitate impuse de unificarea constructivă

Din punct de vedere al condiției principale impuse de unificarea constructivă, respectiv număr minim posibil al dimensiunilor elementelor constructive ( v. λe), se apreciază că aceasta este acceptabilă.

d. Condiții de tehnologicitate impuse de procedeele tehnologice

Selectarea sculelor si portsculelor tipizate, a regimurilor de lucru specifice si a MUCN / CP cu care se realizeaza prelucarile

Pentru a putea alege procedeele tehnologice acceptabile de realizare a piesei-semifabricat este necesara o analiza a procedeelor tehnologice posibile avandu-se in vedere clasa din care face parte piesa, tehnologicitatea constructiei, greutatea si dimensiunile de gabarit si tipul productiei.

Stabilitatea procesului tehnologic depinde de procedeul de elaborare si alegere a semifabricatului. In functie de acesta se stabilesc apoi felul si numarul operatiilor si fazelor, succesiunea lor si masinile pe care se va realiza piesa finita.

Pentru a stabili procedeele tehnologice posibile de obtinere a piesei se va face o analiza a tehnologicitatii pieselor-semifabricat turnate, turnate si matritate.

Din studiul tehnologicitatii pentru turnare se constata ca piesa respecta recomandarile privind tehnologicitatea pieselor-semifabricat turnate cum ar fi :

alegerea planului de separatie al formei de turnare chiar planul de simetrie al piesei

dimensiunea maxima a piesei se va aseza in plan orizontal

uniformitatea racordarilor constructive

adaosuri de inclinare, tehnologice si de prelucrare mici

In comparatie cu metoda de obtinere a semifabricatului prin forjare sau matritare, metoda de turnare prezinta unele avantaje, ca:

obtinerea unei forme rationale din punct de vedere al solicitarilor

un numar mic de operatii

un utilaj mai simplu si mai ieftin

durata de realizare a semifabricatului este scurtata

Pe langa aceste avantaje trebuie avut in vedere si unele dezavantaje si anume:

rezistenta este mai mica

pericolul rebuturilor creste datorita unor defecte de turnare greu de inlaturat.

Piesa-semifabricat poate fi obtinuta si printr-un procedeu de deformare plastica, deoarece indeplineste conditiile impuse de tehnologicitatea pieselor-semifabricat forjate si matritate, cum ar fi :

modificarea configuratiei geometrice a piesei-semifabricat obtinuta prin forjare libera poate fi facuta astfel incat adaosurile de prelucrare, tehnologice si de debitare sa fie minime

razele de racordare ale muchiilor exterioare pot fi alese cat mai mici, pentru ca pierderile de material indepartat prin aschiere si manopera sa fie reduse

forma constructiva a piesei-semifabricat rezultata permite obtinerea gradului maxim de apropiere de piesa finite

In realizarea unui semifabricat obtinut prin deformare plastica, o conditie esentiala este repartizarea corespunzatoare a fibrelor de curgere a materialului, de-a lungul acestuia.

Piesa studiata mai poate fi obtinuta si direct prin aschiere din bara laminata, insa randamentul de utilizare a materialului in acest caz este foarte scazut.

Principalii factori care determina alegerea metodei si procedeului de realizare a semifabricatului sunt :

natura materialului piesei

forma si dimensiunile piesei finite

precizia geometrica si rugozitatea piesei finite

tipul productiei

volumul de munca necesar

costul prelucrarilor mecanice ulterioare.

Indicarea unuia sau a altuia dintre procedeele tehnologice de obtinere a semifabricatului este conditionata si de factori economici. Obtinerea unor semifabricate cu forma si dimensiuni apropiate de piesa finite este mai scumpa ca cea a semifabricatelor mai putin precise.

Volumul productiei este si el un factor important in alegerea procedeului de obtinere a semifabricatului.

Astfel, cu cat numarul de piese este mai mare cu atat cheltuielile ce revin pe bucata vor fi mai mici.

La productia de serie mare sunt indicate procedee prin care sa se obtina semifabricate cu forme si dimensiuni apropiate de cele ale pieseifinite, cu tolerante stranse, deci cu adaosuri de prelucrare mici, iar in productia de seria mica acesti factori nu mai sunt de prima importanta.

In concluzie, s-au ales ca procedee tehnologice acceptabile de realizare a piesei-semifabricat pentru piesa studiata turnarea in forme temporare din amestec de formare obisnuit, realizata manual, si forjarea libera.

Obținerea piesei-semifabricat printr-un procedeu tehnologic de turnare

Asa cum s-a stabilit la punctul anterior o varianta acceptabila de obtinere a piesei-semifabricat pentru piesa “Flansă” o constituie turnarea in fome temporare din amestec de formare obisnuit, realizata manual.

Pregatirea formei de turnare, in vederea umplerii cu metal, constituie una din cele mai importante tehnologii din ansamblul procesului de fabricare a piesei turnate.

De corecta executie a formelor de turnare depinde in cea mai mare proportie calitatea piesei turnate, deoarece prin metoda de formare folosita se influenteaza nemijlocit :

calitatea suprafetelor piesei turnate

precizia dimensionala a piesei

compactitatea masei metalice

structura de cristalizare a aliajului turnat

pretul de cost al piesei fabricate

Procesul tehnologic de obtinere a pieselor prin turnare in forme temporare poate fi structurat pe urmatoarele etape distincte :

realizarea modelului si a cutiilor de miez, pe baza desenului piesei turnate sau a desenului de executie a modelului si a cutiilor de miez

realizarea formei de turnare si a miezurilor, asamblarea formelor

elaborarea aliajului, transportul si alimentarea formelor

tratamentele aplicate la umplerea formei, solidificarea piesei

dezbaterea formelor, extragerea piesei solidificate si scoaterea miezurilor din piesa

separarea retelei de turnare si a maselotelor

curatirea

tratamentele termice si de suprafata, remedierea defectelor

controlul final al piesei

marcarea, conservarea, depozitarea, ambalarea si livrarea catre beneficiar.

Pretul de cost al pieselor turnate depinde de cantitatea de materiale si manopera necesare pentru executia lor.

In cazul formarii manuale, manopera pentru confectionarea modelului si a cutiilor de miez depaseste cu mult pe cea pentru confectionarea formei, de aceea piesa trebuie sa fie astfel proiectata incat sa permita confectionarea usoara a modelului si a miezurilor.

Modelul si miezurile determina configuratia exterioara, respectiv interioara a viitoarei piese realizata prin turnare.

Întocmirea desenului piesei brut turnate

In vederea intocmirii desenului piesei brut turnate trebuie parcurse urmatoarele etape :

stabilirea pozitiei de formare: in cazul productiei de unicate si de serie mica se recomanda ca operatia de formare sa se execute manual

stabilirea pozitie de turnare: pozitia piesei in forma de turnare si suprafata de separare a acesteia trebuie sa asigure, calitatea solicitata a piesei turnate, consumuri minime pentru realizare si prelucrare mecanica. La alegerea pozitiei de turnare in forma trebuie sa se tina seama de urmatoarele recomandari, la turnarea pieselor de forma complicata si de mare raspundere, partile cele mai importante trebuie sa fie amplasate in partea inferioara a formei, cunoscand faptul ca incluziunile de nisip, zgura si gaze au tendinta de ridicare spre partile superioare ale piesei; daca suprafete ale piesei turnate ce urmeaza a fi prelucrate, sunt amplasate in partea superioara a formei se vor lua masuri astfel incat defectele caracteristice de turnare (retasuri, sufluri, incluziuni ) sa se produca in maselote, rasuflatori sau in adaosurile de prelucrare prevazute pe suprafetele superioare ale piesei turnate; la turnarea pieselor din aliaje cu contractie mare in timpul solidificarii, pozitia piesei in forma va fi aleasa astfel incat sa se asigure solidificarea dirijata a metalului de la partile subtiri spre cele groase si de la acestea spre maselote; pozitia piesei in forma de turnare trebuie aleasa astfel incat sa se asigure consum de metal minim si un cost cat mai mic.

alegerea planului de separatie:pentru extragerea modelului din forma, acesta se sectioneaza in doua sau chiar mai multe bucati. In general, la alegerea planului de separatie sunt posibile mai multe solutii, in functie de simetria piesei turnate, de prezenta suprafetelor care urmeaza sa fie prelucrate prin aschiere, de utilajul existent pentru formare si turnare. Dintre solutiile posibile se alege cea care permite, simplificarea la minimum a constructiei modelului care urmeaza sa fie executat din cat mai putine parti componente; extragerea usoara a piesei din forma; suprafata de separatie a formei trebuie sa fie pe cat posibil plana si una singura; obtinerea formei cu cele mai putine miezuri, deoarece miezurile necesita manopera suplimentara; montarea usoara si sigura a miezurilor in forma; umplerea usoara si completa a formei.

stabilirea adaosurilor de prelucrare: adaosurile de prelucrare se prevad pe toate suprafetele piesei ale caror precizii dimensionale si rugozitati nu pot fi obtinute prin turnare. Factorii principali de care depinde marimea adaosului de prelucrare sunt, natura aliajului care se toarna pozitia suprafetei; metoda de formare; dimensiunea piesei si a suprafetei care se prelucreaza’ clasa de precizie a piesei turnate.

stabilirea adaosurilor tehnologice: acestea se prevad pe toate suprafetele a caror configuratie sau pozitie nu poate fi obtinuta direct din turnare sau in vederea simplificarii formei tehnologice a piesei.

stabilirea adaosurilor de inclinare: deoarece modelul trebuie extras din forma, se admite ca peretii perpendiculari pe planul de separatie sa fie construiti cu inclinari, asa-numite inclinari constructive, chiar daca nu sunt prevazute pe desenul piesei finite. Daca suprafetele respective se prelucreaza prin aschiere, inclinarile constructive trebuie sa fie cat mai mici posibil, pentru a nu se mari manopera la prelucrare si pierderile de metal prin aschii.

stabilirea racordarilor constructive: racordarile constructive sunt rotunjiri ale unghiurilor interioare sau exterioare intre doi pereti ai piesei turnate. Scopul racordarilor constructive este multiplu, de a preveni efectul daunator al transcristalizarii, de a preveni formarea nodurilor termice; de a preveni ruperea formei la extragerea modelului. Marimea razei de racordare interioara r se alege intre 1/5 si 1/3 din media aritmetica a grosimii peretilor de racordat, iar raza exterioara R se ia egala cu raza mica r, plus media aritmetica a grosimii peretilor care se racordeaza.

Întocmirea desenului modelului

Constructia desenului modelului se face pornind de la desenul piesei brut turnate, care se completeaza cu adaosurile de contractie si cu marcile pentru sustinerea miezurilor, daca piesa prezinta goluri interioare.

Modificarea volumului si, implicit, a dimensiunilor, care are loc la incalzirea sau racirea aliajelor metalice, nu poate fi eliminate, ea avand loc ca urmare a proprietatilor fizice, specifice fiecarui aliaj.

Aceasta modificare de volum poate si trebuie sa fie compensate sau diminuata in cadrul proiectarii tehnologiei de turnare prin aplicarea adaosului de contractie.

Modelele nu se pot construi absolute exacte, conform cotelor de pe desen, oricata atentie sar acorda la confectionarea lor. In plus, urmarirea construirii unui model deosebit de precis mareste pretul de cost in mod nejustificat. De aceea, se admite in practica constructia de modele cu anumite tolerante.

Executia formei de turnare

De corecta executie a formei de turnare depinde in cea mai mare proportie calitatea piesei turnate deoarece prin metoda de formare folosita se influenteaza nemijlocit, calitatea suprafetei piesei turnate; precizia dimensionala; compactitatea masei metalice; structura de cristalizare a aliajului turnat; pretul de cost al piesei fabricate.

Dupa solidificarea si racirea piesei turnate sub o anumita temperatura, formele se dezbat (se distrug ) in vederea extragerii piesei.

Este de dorit ca timpul de mentinere a pieselor in forma dupa turnare sa fie cat mai scurt pentru a realiza o productivitate ridicata. Timpul de mentinere a pieselor in forma difera de la un aliaj la altul, iar la acelasi aliaj timpul creste cu masa piesei.

Dupa dezbaterea formelor, piesa se supune operatiei de indepartare a retelei de turnare.

Obtinerea piesei-semifabricat printr-un procedeu tehnologic de turnare

Planul de operatii pentru realizarea completa a reperului

Managementul de proiect

Planificarea proiectului

Obiectivele

Inițial firma se va ocupa cu asigurarea consultanței tehnice și a service-ului pentru roboții mai vechi aflați încă în exploatare, dar mai ales pentru roboții vânduți în țară de firme de renume din străinătate care nu au filiale aici, sau au reselleri care se ocupă doar cu vânzarea roboților. In acest sens se vor încheia contracte cu firmele producătoare pentru asigurarea service-ului în garanție al roboților sau al produselor conexe. Asigurarea service-ului în perioada de post-garanție se va face prin încheierea de contracte cu utilizatorii utilajelor respective sau la cerere.

Tot în prima fază în intreprindere se va realiza proiectarea unor componente nespecializate, la cerere, și asamblarea unor modele mai simple de roboți. Componentele pentru acești roboți vor fi cumpărate în totalitate de la furnizori.

Ulterior se va trece la proiectarea și realizarea unor elemente componente ale roboților în intreprindere pentru obținerea unor performanțe mai bune, dar mai ales pentru scăderea costurilor de producție. Prin aceasta prețul va scădea, profitul va crește și se va mări numărul locurilor de muncă, putând beneficia și de anumite facilități. Pentru componentele proiectate în intreprindere se va face analiza de element finit și simulări pentru optimizare.

Realizarea elementelor componente ale roboților industriali necesită achiziționarea de echipamente noi, performante: calculatoare + soft specializat, utilaje pentru prelucrări de precizie. Personalul ce va fi angajat trebuie să aibă o înaltă calificare și va necesita o școlarizare imediat după angajare.

Fondurile necesare vor fi obținute în proporție de 30% din reinvestirea profitului obținut în primele șase luni de funcționare, restul de 70%, din credite.

Durata proiectului de execuție este de 1 an de zile.

Roboții realizați sunt de tip portal dublu, cu diferite configurații, folosiți pentru manipulare si paletizare.

In condițiile unei cereri tot mai mare de extindere a tehnologiilor robotizate acest tip de roboți, pentru aplicația enunțată mai sus, este foarte cerut pe piață. La cererea unor dimensiuni sau caracteristici deosebite pentru roboți se poate și personaliza tipul de robot produs, contra cost.

Alocarea resurselor

Pentru început trebuie să facem un studiu de piață pentru a vedea ce îsi dorește lumea, ce se cumpăra cel mai mult si la ce pret. După aceea se v-a realiza proiectarea robotului, si pieselor cerute de client.

V-a trebui să avem oameni pentru proiectare, modelare 3d, FEM si CAM, simulare si optimizare, programare, achiziții, fabricație si verificare finală.

Furnizorii sunt cei care oferă resursele de care are nevoie o organizație pentru a-și produce propriile bunuri și servicii.

In anumite condiții firmele pot deveni vulnerabile în fața puterii furnizorilor mai ales atunci când:

– furnizorul deține patentul sau monopolul asupra unui produs esențial pentru organizație,

– produsul oferit de un anume furnizor nu poate fi substituit,

– produsul oferit de un anume furnizor este de o importanță majoră pentru organizație,

– clienții organizației solicită expres produse ce au în componență subproduse de la un anumit furnizor,

– schimbarea furnizorului este costisitoare,

– furnizorul este mai puternic decât cumpărătorul.

In aceste condiții, problemele furnizorului devin problemele proprii ale organizației. Intreruperea producției furnizorului duce la întreruperea sau limitarea producției proprii, creșterea prețului furnizorului duce la creșterea prețurilor proprii.

Pentru asigurarea resurselor materiale o importanță deosebită revine deciziei de selecție a furnizorilor. Caracterizarea și aprecierea furnizorului ca producător de resurse se realizează pe baza mai multor criterii:

– capacitate tehnică de concepție-proiectare și producție: gradul de modernizare a dotării tehnice, tehnologiile de fabricație utilizate, ponderea produselor noi în total structură de produse oferite;

– poziția pe piață a furnizorului: segmentul de piață deținut, avantajul concurențial al furnizorului; furnizorii ce ocupă un segment de piață mare au avantajul acumulării unei experiențe bogate;

– facilitățile oferite consumatorilor:

– politica de preț: încheierea unui contract pentru un preț fix pe o perioadă sau păstrarea prețului în anumite limite, rabat de preț pe cantitate;

– politica de distribuție: o formă unitară, organizată, pentru ca produsele să ajungă cât mai repede și în siguranță la client;

– service după vânzare: asistență tehnică asigurată de furnizor, garanție și post-garanție, formarea cadrelor ce folosesc utilajul respectiv.

In vederea stabilirii unor relații de afaceri eficiente cu furnizorii este necesară întocmirea pentru fiecare furnizor important a unei fișe pentru o mai bună cunoaștere a acestuia, mai ales că în general furnizorii sunt puțini la număr și se pot aduna multe date despre fiecare în parte.

Fișa furnizorului poate cuprinde:

– numărul fișei,

– denumirea furnizorului,

– adresa furnizorului,

– numărul de cont și banca,

– date asupra produselor și serviciilor livrate,

– distanța de transport + cheltuieli de transport,

– date despre credibilitatea furnizorului,

– poziția pe piața furnizorilor,

– date despre personalul firmei furnizoare,

– produse noi avute în vedere,

– concurenți direcți ai furnizorului,

– alte informații.

Furnizorii de componente vor fi aleși dintre firmele cu tradiție de la care firma se va aproviziona cu toate elementele robotului, în prima fază, pe care le va asambla.

In a doua fază a dezvoltării firmei se vor cumpăra doar elementele ce nu se produc în intreprindere sau producerea lor nu ar fi economică, ca exemple: rulmenții (precizie, cost), subansamble turnate (investiție mare ce nu s-ar justifica).

Utilajele vor fi achiziționate de la firme ce asigură specializare, consultanță și service pentru echipamentele vândute.

Se vor alege componente și echipamente produse în România dar în numai în condițiile unei calități similare cu cele produse în altă parte și la prețuri similare.

Intermediarii au rolul de a regla fluxul bunurilor și serviciilor, de a eficientiza activitățile comerciale. Intermediarii reduc timpul și distanța ce separă producătorul și utilizatorul unui bun sau serviciu.

Principalele funcții ale unui intermediar sunt:

– culegerea și furnizarea de informații,

– strângerea, alocarea și transmiterea de fonduri,

– asumarea unei părți din riscuri,

– asigurarea concordanței între ofertă și nevoi,

– deplasarea și stocarea succesivă a bunurilor materiale.

Tipuri de intermediari:

– reselleri: organizații al căror rol este de a face produsele mai ușor accesibile consumatorilor finali;

– distribuitori fizici: organizații implicate în transportul bunurilor de la producător la utilizator;

– prestatorii de servicii de marketing: acordă consultanță, asigură cercetări de marketing;

– intermediarii financiari: contribuie la finanțarea întreprinderii sau la protejarea acesteia împotriva riscurilor pe care le implică achiziționarea și vânzarea de bunuri.

Intermediarii sunt importanți pentru că datorită experienței în vânzări și datorită relațiilor lor, ei pot vinde mai bine produsele firmei dar mai ales le pot face cunoscute pe piață.

S-au alocat resurse pentru ingineri in Autocad, programatori, tehnicieni, psiholog, contabili si ingineri de gradul 3 si 1.

S-au realizat tabele cu data de start a fiecarui angajat si cand trebuie sa termine.

Analiza costurilor

Procesul de producție:

Atelier de proiectare a părții mecanice:

– proiectarea componentelor,

– analiza de element finit,

– optimizarea componentelor.

Atelier de proiectare a părții de acționare:

– proiectarea structurii de acționare,

– realizarea structurii de acționare după finalizarea componentelor mecanice.

Atelier de prelucrări mecanice:

– prelucrări mecanice prin așchiere.

Atelier de asamblare:

– asamblarea componentelor organologice achiziționate și produse.

Atelier de verificare și testare:

-controlul calității componentelor realizate în intreprindere, după prelucrare,

– controlul calității componentelor achiziționate,

– verificarea funcționării și caracteristicilor robotului.

Funcție de modul cum este organizată unitatea economică, aceasta poate să-și îndeplinească obiectivele în condiții bune sau mai puțin bune. Prin stabilirea cu exactitate a atribtuțiilor și sarcinilor se cunoaște cu exactitate persoana responsabilă cu îndeplinirea unei activități.

Organizarea se asociază cu ordinea, cu observarea legăturilor dintre oameni și bunuri, cu regulile de muncă.

Prin organizare se înțelege existența unui anumit sistem în unitatea economică, iar prin management se înțelege dirijarea și reglarea acestuia. Deci organizarea reprezintă componenta statica a sistemului, iar managementul componenta dinamică a acestuia.

Pentru primul an de funcționare sunt necesari 35 de angajați:

– ingineri mecanici: 13

– ingineri automatiști: 6

– economiști: 8

– muncitori calificați: 8

Mediul economic.

Mediul economic este format din ansamblul elementelor care compun spațiul economic în care se desfășoară relațiile de afaceri. El presupune structura pe ramuri a economiei, nivelul de dezvoltare pe ansamblu și pe fiecare ramură economică, gradul de ocupare al forței de muncă, situația financiară.

Mediul economic este determinat de următoarele elemente fundamentale:

– tipul sistemului economic;

– istoria și tradiția economică;

– climatul social;

– mecanismele economice.

Variabilele economice ce se au în vedere când se studiază mediul economic sunt:

– distribuția veniturilor;

– expansiunea sau recesiunea;

– impozitarea și taxarea;

– ratele dobânzilor;

– inflația;

– rata de schimb.

Tipuri de economii existente:

– economii de subzistență – economii la limită;

– economii bazate pe exportul de materii prime – bogate în resurse naturale ;

– economii în curs de industrializare – aici importurile au o pondere mare, se produc bunuri în cadrul unor industrii cu un grad ridicat de poluare;

– economii industrializate – principalele exportatoare de capital și produse finite ce înglobează o înaltă tehnologie, puțin poluantă.

Expansiunea economică se caracterizează prin sporirea investițiilor, creșterea producției și a veniturilor, reducerea șomajului. In această fază creditul este ieftin, cursul acțiunilor la bursă este în creștere, afacerile prosperă.

Recesiunea reduce totalul veniturilor și cheltuielilor dintr-o economie. Cumpărătorii își reduc cheltuielile și se limitează numai la bunurile vitale.

Rata dobânzii reflectă preferința comunității pentru anumite bunuri și servicii. O rată a dobânzii relativ ridicată reflectă o comunitate înclinată spre consum în viitorul apropiat.

Prin ridicarea ratei dobânzii, pe lângă limitarea posibilității de a cheltui, se limitează și împrumuturile, se scumpesc împrumuturile.

O rată a dobânzii scăzută reflectă răbdare, orientarea către viitor a societății care este dispusă să renunțe la un consum prezent pentru o mai mare bunăstare în viitor.

Inflația duce la creșterea costurilor de producție, a prețurilor și la reducerea drastică a profitului.

Rata de schimb este o variabilă economică ce influențează schimburile internaționale. Este foarte importantă și pentru exportatori și pentru importatori. O devalorizare relativ accentuată dezavantajează importul și avantajează exportul.

Mediul tehnologic.

Tehnologia reprezintă un sistem de cunoștințe, proceduri și echipamente utilizate pentru realizarea produselor sau serviciilor.

Mediul tehnologic este în continuă schimbare. Intotdeauna apare o nouă tehnologie care înlocuiește una veche. Schimbarea de tehnologie duce la crearea unor piețe noi și la dispariția altora. In acest sens este esențială cunoașterea mecanismelor prin care o tehnologie nouă înlocuiește o tehnologie mai veche. In implementarea unei noi tehnologii se vor avea în vedere în special acele tehnologii cu care ea concurează la obținerea aceluiași tip de efect util și răspunde la aceleași nevoi.

Crearea unor tehnologii și produse noi necesită investiții masive în activitatea de cercetare și dezvoltare. Sunt foarte importante noile tehnologii pentru că se obțin produse mai bune, mai repede și cu consum mai mic de resurse.

Factorii tehnici și tehnologici exercită o influență importantă asupra firmelor ce participă în desfășurarea diverselor afaceri.

Elemente de protectia muncii

Sisteme de securizare a aplicatiei robotizate proiectate

Introducere.

Prevederile ce urmează sunt necesare datorită riscurilor specifice ce există în sistemele de fabricație automatizată care includ roboți industriali de manipulare. Dacă pericolele sunt bine cunoscute, sursele pericolelor sunt deseori specifice numai pentru anumite instalații robotizate.

Numărul și tipul pericolelor sunt strâns legate de natura procedeului de automatizare și de complexitatea instalației. Gravitatea pericolelor variază în funcție de tipul robotului, de aplicațiile sale și de modul în care este instalat, programat, utilizat și întreținut.

In instalațiile robotizate, securitatea fiind influențată de concepția și modul de utilizare a celulei robotizate considerate, un scop suplimentar, la fel de important, este de a oferi recomandări pentru protecția personalului în timpul instalării, a încercărilor de funcționare, a programării, întreținerii și reparării roboților și a celulelor robotizate.

Definiții.

In prezenta lucrare vor fi folosiți următorii termeni:

Persoană: orice individ.

Personal: persoane angajate și instruite în mod special pentru utilizarea și întreținerea celulelor robotizate.

Braț: ansamblu de articulații și/sau ghidaje mobile, legate între ele și care formează un lanț cinematic care susține, poziționează și orientează dispozitivul de prindere și/sau un terminal.

Mod automat:mod de funcționare în care sistemul de comandă al robotului poate opera conform unui program de lucru.

Dispozitiv de validare: dispozitiv manevrat manual, destinat să nu permită mișcarea robotului decât numai atunci când dispozitivul se găsește într-o poziție predeterminată.

Protector: componentă a unei mașini utilizată pentru a asigura o protecție numai prin intermediul unui obstacol fizic; funcție de construcția sa, un protector poate fi denumit capac, ecran, împrejmuire, ușă, carcasă, barieră.

Pericol: situație în care se poate produce o leziune sau o afectare a sănătății.

Situație periculoasă: situație sau mișcare a robotului sau a celulei robotizate care poate produce leziuni unor persoane.

Comandă cu acțiune menținută: comandă care permite mișcarea robotului numai în cazul în care este efectuată manual și care duce la oprirea mișcărilor imediat ce ea încetează.

Interblocare: mod de dispunere prin care se interconectează protectorul (protectorii) sau dispozitivul (dispozitivele) cu sistemul de comandă și/sau sistemul de acționare al robotului și a echipamentelor care îi sunt asociate.

Comandă locală: stare a robotului prin care acesta este pus în funcțiune de la pupitrul de comandă a celulei robotizate sau de la modulul de instruire.

Blocare sau semnalizare: amplasare a unui dispozitiv de blocare și/sau a unei tăblițe avertizoare pe dispozitivul de separare a surselor de energie (elemente de întrerupere) în poziția “închis” sau “deschis” care să indice că dispozitivul sau aparatul de separare astfel semnalizat nu trebuie să fie manevrat înainte ca dispozitivul de blocare și/sau tăblița avertizoare să fi fost înlăturate.

Robot industrial de manipulare: utilaj de manipulare cu mai multe grade de libertate cu comandă automată reprogramabil, multifuncțional, mobil sau nu destinat a fi utilizat în aplicații de automatizări industriale.

Mod manual: mod de funcționare prin care robotul poate fi comandat prin acționarea unor butoane sau a unui joystick și care exclude funcționarea automată.

Spațiul maxim: spațiu care poate fi măturat de către părțile în mișcare ale robotului, așa cum este definit de către producător, plus spațiul care poate fi măturat de către terminal și de piesă

Modul de instruire: dispozitiv ținut în mână și legat la sistemul de comandă, cu care un robot poate fi programat (deplasat).

Dispozitiv sensibil: dispozitiv care generează un câmp sau un spațiu sensibil prin care se detectează orice pătrundere în acest câmp sau spațiu.

Programator: persoană calificată, desemnată să pregătească programul de lucru.

Viteză redusă: viteză unică ce poate fi selectată, indicată de producătorul robotului, care limitează în mod automat viteza robotului pentru a oferi persoanelor suficient timp pentru oprirea robotului sau pentru a se îndepărta de zona mișcărilor periculoase.

Spațiu restrâns: parte a spațiului maxim, redus de către limitatorii de cursă care stabilesc limitele ce nu pot fi depășite în caz de defectare previzibilă a celulei robotizate

Risc: combinație între posibilitatea apariției unei leziuni și gravitatea acesteia.

Celulă: o celulă robotizată cuprinde:

– robotul (echipament și software), adică dispozitivul de manevrare mobil sau nu, sursa de energie și sistemul de comandă;

– terminalul sau terminalele;

– toate echipamentele, dispozitivele sau senzorii necesari robotului pentru a-și îndeplini funcțiile;

– toate interferențele de comunicare care pun în funcțiune sau supraveghează robotul , echipamentele sau senzorii dacă aceste dispozitive periferice sunt nesupravegheate de sistemul de comandă al robotului.

Procedură nepericuloasă de lucru: metodă determinată, destinată să reducă posibilitatea provocării de leziuni în timpul executării unei anumite operații.

Mijloc de protecție: protector sau dispozitiv conceput pentru a proteja persoanele dintr-o zonă periculoasă.

Spațiu controlat: spațiu determinat de către mijloacele de protecție (fig. 9.1).

Protecție:măsuri de protejare a persoanelor prin utilizarea protectorilor, dispozitivelor și procedurilor nepericuloase de lucru.

Depistarea disfuncției: stabilirea metodică a cauzei datorită căreia o celulă robotizată nu poate îndeplini operația sau funcția cerută.

Considerații generale.

După cum se știe, caracteristicile de funcționare ale roboților pot diferi foarte mult de cele ale altor mașini și echipamente. Roboții pot efectua mișcări cu energie mai mare într-un spațiu ce depășește cu mult baza lor de sprijin. Traiectoriile și inițierea mișcării brațului sunt dificil de prevăzut și pot varia funcție de schimbarea condițiilor de producție și de mediul înconjurător.

Este necesar ca, din timp în timp personalul de întreținere și de programare să intre în spațiul restrâns în timp ce mecanismele de acționare mai sunt cuplate la sursa de energie. De asemenea mai pot exista interferențe între spațiul restrâns al robotului și cel al altor roboți sau zone de lucru ale altor mașini industriale și echipamente. Acestea pot duce la apariția pericolelor de lovire, strivire sau contact cu obiecte scăpate din dispozitivul de prindere.

Tipul, utilizarea și asocierea robotului cu alte mașini industriale și echipamente influențează conceperea și alegerea metodelor de protecție. Acestea trebuie să fie adaptate operațiilor care trebuie efectuate și să permită, atunci când este necesar, realizarea în deplină securitate a programării prin instruire, a reglării, a mentenanței, a verificării programului sau a depistării disfuncțiilor. Pentru astfel de operații, la multe instalații, este necesară apropierea până în proximitatea robotului.

Se recomandă ca metodele alese să fie adecvate pericolelor generate de instalația robotizată. Inainte de a concepe sau alege metodele de protecție corespunzătoare, este necesar să se identifice pericolele și să se aprecieze riscurile asociate.

Măsurile tehnice de prevenire a accidentelor, sunt bazate pe două principii fundamentale:

absența persoanelor din spațiul controlat, în timpul funcționării automate;

eliminarea sau, cel puțin, reducerea pericolelor în timpul intervențiilor (de exemplu: instruire, verificare de program) în spațiul controlat.

Respectarea acestor principii implică mai multe acțiuni:

– crearea unii spațiu controlat și a unui spațiu restrâns;

– o proiectare a celulei robotizate care să permită efectuarea numărului maxim de operații din exteriorul spațiului controlat;

– măsuri de securitate suplimentare în cazul intervențiilor în interiorul spațiului controlat.

Analiza securității.

Pentru analiza securității sunt necesare următoarele:

– să se definească operațiile necesare pentru aplicațiile prevăzute și să se evalueze necesitatea accesului și/sau a apropierii

– să se identifice sursele de pericol, care includ defectările și disfuncțiile specifice fiecărei operații

– să se evalueze și să se aprecieze riscurile

– să se ia în considerare strategiile de securitate care reduc riscurile la un nivel acceptabil

– să se aleagă metodele de protecție compatibile cu operația cerută și cu nivelul de risc acceptabil

-să se evalueze nivelurile de integrare realizate pentru securitate și să se asigure că aceste niveluri sunt acceptabile

Surse de pericol.

Pericolele pot proveni de la celula robotizată însăși, din asocierea sa cu alte echipamente sau din interacțiunea dintre persoane și celula robotizată. Surse de pericol ar putea fi:

– disfuncții sau defectări ale:

– mijloacelor de protecție (de exemplu dispozitive, circuite, componente), inclusiv demontarea și depozitarea lor;

– surselor de alimentare cu energie și mijloacelor de distribuție;

– circuitelor, dispozitivelor sau componentelor de comandă;

– elemente în mișcare care prind sau strivesc:

– individual (prin ele însele);

– în asociere cu alte părți ale celulei robotizate sau alte echipamente din zona de lucru;

– energia acumulată:

– în piesele în mișcare;

– în componentele electrice sau în cele care conțin fluide;

– surse de alimentare cu energie:

– electrică;

– hidraulică;

– pneumatică;

– atmosfere, materiale și condiții periculoase:

– explozibile sau combustibile;

– corozive sau agresive;

– radioactive;

– temperaturi extreme (ridicate sau coborâte);

– zgomot (acustic);

– perturbații:

– electromagnetice, electrostatice, radioelectrice;

– vibrații, șocuri;

– erori umane în timpul:

– proiectării, dezvoltării și fabricării, ce include și considerații ergonomice;

– instalării, punerii în funcțiune, inclusiv accesul, iluminarea și zgomotul;

– încercărilor funcționale;

– implementării și utilizării;

– programării și verificării programelor;

– reglărilor ce includ manipularea și fixarea piesei ca și a utilajului;

– depistării disfuncțiilor și a mentenanței;

– procedurilor de lucru nepericuloase;

– deplasare, manevrare sau înlocuire a celulei robotizate sau a componentelor asociate.

Condiții generale de proiectare.

Securitate la defectare.

Celula robotizată trebuie proiectată, construită și pusă în funcțiune astfel încât defectarea previzibilă a oricărui element: electric, electronic, mecanic, pneumatic sau hidraulic, să nu afecteze funcțiile de securitate sau, în caz contrar, să permită celulei robotizate să rămână într-o poziție nepericuloasă.

Funcțiile de securitate cuprind în special:

– limitarea spațiului de mișcare,

– oprirea de urgență și oprirea controlată,

– viteza redusă,

– interblocarea dispozitivelor de protecție.

Aspecte ergonomice.

Aplicarea măsurilor și datelor ergonomice contribuie la creșterea nivelului de securitate ușurând îndeplinirea operațiilor și micșorând numărul erorilor umane în timpul intervențiilor (de exemplu: reparare, întreținere, control, programare, utilizare). Se aplică următoarele condiții:

– proiectarea elementelor robotului asupra cărora se prevede o intervenție a omului

trebuie să ia în calcul caracteristicile umane ca, de exemplu: dimensiuni, poziții, eforturi și mișcări;

– interferențele “om – mașină” (care include organele de lucru și de programare,

– mijloacele de semnalizare ca: dispozitive portabile de comandă, panouri de comandă, terminalele ordinatorului și elementele dirijate de software funcție de programele de aplicație) trebuie proiectate și dispuse astfel încât să reducă la minimum orice operație dificilă pentru utilizator;

– trebuie precizate informații clare, cum ar fi: indicarea exactă a modurilor de funcționare și semnalizarea cauzelor de opriri neprogramate ale robotului.

Aspecte mecanice.

Ori de câte ori este posibil, pericolele datorate elementelor în mișcare ale robotului trebuie eliminate încă din faza inițială de proiectare. Dacă nu pot fi eliminate, trebuie ca din faza de proiectare să fie încorporate dispozitive de protecție corespunzătoare și dacă aceasta nu este posibil, trebuie prevăzută posibilitatea de a le încorpora în viitor.

Limitarea spațiului de mișcare.

Din faza de proiectare a robotului, nu trebuie împiedicată amplasarea unor mijloace de limitare a spațiilor de mișcare ale axelor principale.

Atunci când este necesară o metodă de limitare a spațiului de mișcare, funcție de condițiile prevăzute de utilizare, această metodă trebuie să satisfacă una din condițiile următoare:

-să poată fi prevăzute opritoare mecanice; se recomandă ca acestea să fie reglabile și să fie capabile să oprească robotul, în oricare din pozițiile de reglaj, atunci când acesta deplasează sarcina nominală cu viteză maximă.

– să poata fi prevăzute alte metode, cu condiția ca proiectarea, realizarea și aplicarea lor să asigure același nivel de securitate ca și opritoarele mecanice; aici poate fi inclusă și utilizarea unității de comandă a robotului și a limitatorului.

Apărători.

Trebuie prevăzute apărători sau carcase fixe, pentru echipamente electrice, hidraulice, etc. care constituie un pericol.

Accesul la acestea nu este necesar în timpul funcționării robotului. Demontarea acestor apărători și carcase fixe nu trebuie să fie posibilă fără utilizarea unei scule.

Proiectarea și protecția celulei robotizate.

Producătorii și furnizorii de celule robotizate trebuie să proiecteze și să fabrice celule robotizate respectând principiile descrise în prezentul capitol .

Proiectare.

Celula robotizată trebuie proiectată conform specificațiilor producătorului pentru ca personalul care pune în funcțiune, programează sau întreține celula să poată fi protejat corespunzător. Pentru a asigura compatibilitatea robotului și a celulei robotizate cu condițiile de funcționare prevăzute trebuie evaluate toate condițiile de mediu. Aceste condiții includ în special amestecuri explozive, condiții corozive, umiditate, praf, temperatură, perturbații electromagnetice, perturbații de frecvențe radio și vibrații.

Configurația fizică a celulei robotizate.

Se recomandă ca amplasarea dulapurilor de comandă să se facă în afara spațiului controlat. Dacă sunt amplasate în interiorul spațiului controlat atunci acestea trebuie amplasate și fixate astfel încât să fie respectate condițiile prevăzute în standardele în vigoare referitoare la securitatea persoanelor în interiorul spațiului controlat .

Celula robotizată trebuie proiectată astfel încât să fie evitate strivirile și lovirile între elementele mobile ale robotului și celelalte obiecte fixe sau mobile. Amplasarea trebuie concepută astfel încât să existe spațiu liber suficient între părțile mobile ale robotului și obiectele care îl înconjoară (de exemplu conveioarele, paletii lingourile).

Atunci când este prevăzută în proiect o limitare a spațiului restrâns, prin limitarea cursei axelor principale, trebuie furnizate dispozitive de limitare. Aceste dispozitive trebuie reglate și fixate corect.

Terminalele trebuie proiectate și fabricate sau protejate astfel încât:

– o întrerupere a alimentării cu energie să nu provoace căderea sarcinii sau să nu creeze o situație periculoasă;

– forțele statice și dinamice create de ansamblul sarcină / terminal să fie sub capacitatea de încărcare și de răspuns dinamic al robotului.

Atunci când se prevede ca operatorii să efectueze operații manuale asociate activității unui robot, cum ar fi încărcare sau descărcare de piese acest fapt trebuie luat în considerare la configurarea celulei robotizate, fie prin prevederea de dispozitive de încărcare, astfel încât operatorul să nu poată pătrunde în zonele periculoase, fie prin prevederea de dispozitive de protecție adecvate activității manuale.

Dispozitive de protecție.

Protectori.

Protectori ficși.

Protectorii fixi trebuie:

-să fie construiți pentru a rezista solicitărilor previzibile de funcționare și de mediu;

-să împiedice accesul în spațiul controlat, cu excepția pătrunderii prin deschideri asociate la dispozitive de interblocare sau dispozitive sensibile;

-să fie solid fixați, în mod permanent, și să nu poată fi demontați decât cu ajutorul unei scule;

-să nu aibă muchii tăietoare sau vârfuri ascuțite și să nu constituie ei înșiși un pericol.

Interblocare.

Dispozitivul de interblocare și protectorul căruia îi este asociat trebuie proiectate, montate și reglate astfel încât, în timpul funcționării:

– dispozitivul de interblocare să împiedice celula robotizată să funcționeze automat până la închiderea protectorului; închiderea protectorului nu trebuie să declanșeze funcționarea automată, aceasta trebuie să fie obiectul unei acțiuni deliberate de la postul de comandă,

– fie protectorul rămâne blocat în poziția de închidere până când riscul de rănire a dispărut (protector cu interblocare și blocare), fie la deschiderea protectorului, în timpul funcționării celulei robotizate, să se emită un ordin de oprire sau de oprire de urgență (protector cu interblocare).

După acționarea dispozitivului de interblocare, trebuie să fie posibilă repunerea în funcțiune a mașinii, din poziția în care s-a oprit, fără ca aceasta să provoace alte pericole.

Intreruperea alimentării cu energie poate fi suficientă pentru înlăturarea pericolului, înainte ca accesul să fie permis.

Dacă pericolul nu poate fi înlăturat imediat, prin întreruperea alimentării cu energie, este necesar ca sistemul de interblocare să includă un protector și/sau un sistem de frânare.

Atunci când o ușă cu interblocare permite accesul întregului corp în spațiul controlat, trebuie prevăzut un dispozitiv care să împiedice închiderea involuntară a ușii.

Funcționarea unui dispozitiv cu interblocare, destinat protecției împotriva unui anume pericol (de exemplu, oprirea unei mișcări periculoase a celulei robotizate) nu trebuie să provoace un alt pericol, de exemplu, evacuare de substanțe periculoase în zona de lucru.

Pentru o situație anume, alegerea sistemului de blocare trebuie să țină seama de aprecierea riscului .

Dispozitivele de interblocare trebuie proiectate și fabricate conform cerintelor.

Dispozitive sensibile.

Atunci când sunt utilizate dispozitive sensibile în scopuri de securitate, acestea trebuie să corespundă următoarelor condiții:

Dispozitivul sensibil trebuie instalat și amplasat astfel încât o persoană să nu poată intra expunându-se unui pericol, fără să activeze dispozitivul sau să nu poată atinge spațiul restrâns înainte de a fi dispărut condițiile periculoase. Pentru a evita ca persoanele să ocolească dispozitivul sensibil, poate fi necesară prevederea de obstacole asociate cu acesta.

Funcționarea sa nu trebuie să fie afectată defavorabil de nici una din condițiile de mediu pentru care este prevăzută celula.

Atunci când a fost activat un dispozitiv sensibil, celula robotizată trebuie să poată fi repusă în funcțiune, din poziția de oprire, cu condiția ca pornirea să nu provoace alte pericole.

La repunerea în funcțiune a robotului trebuie să fie necesară anularea întreruperii câmpului sensibil. Acesta nu trebuie să comande repunerea în funcțiune automată.

Mijloace de avertizare.

Următoarele mijloace de semnalizare pot fi utilizate doar în completarea, nu și în locul, mijloacelor de protecție descrise până acum, în prezenta lucrare.

Bariere de avertizare.

O barieră de avertizare trebuie construită și instalată astfel încât să împiedice intrarea din neatenție în spațiul restrâns.

Semnale de avertizare.

Trebuie construite și amplasate dispozitive de avertizare astfel încât să furnizeze persoanelor un semnal acustic sau vizual al prezenței sau apropierii unui pericol care să poată fi recunoscut cu ușurință. Atunci când sunt folosite semnale luminoase, pentru semnalizarea pericolelor în spațiul restrâns, trebuie utilizat un număr suficient de dispozitive, iar amplasarea lor trebuie făcută astfel încât să fie văzute de orice persoană din apropierea spațiului. Semnalele acustice trebuie să aibă un sunet distinct, iar nivelul lor sonor trebuie să fie mai puternic decât zgomotul de fond ambiant.

Repunerea în funcțiune a dispozitivelor de protecție.

Inchiderea ușii cu sistem de blocare sau repunerea în funcțiune a dispozitivului sensibil nu trebuie să declanșeze funcționarea automată. Este necesar ca repornirea celulei să necesite o acțiune deliberată, din exteriorul spațiului controlat.

Dispozitivul de repornire trebuie situat astfel încât să nu poată fi atins din interiorul spațiului controlat și trebuie amplasat astfel încât să permită observarea spațiului controlat.

Concluzii finale

Elemente de noutate specifice temei abordate

Contributii originale aduse de absolvent prin elaborarea Proiectului de Diploma

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, Bucuresti, 1998

6. Dorin A., Dobrescu T., Pascu N., Ivan I., – Cinematica Roboilor Industriali, Editura Bren, ISBN-978-

973-648-970-9, Bucuresti, 2011

7. Dobrescu T., Dorin Al. – Încercarea Roboilor Industriali, Editura Bren, ISBN-973-648-115-8, Bucuresti,

2003

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

26. Nicolescu, A., Marinescu D., Ivan M., Avram C., Conceptia si Exploatarea Sistemelor de Productie

Robotizate – Vol. I, Ed. Politehnica Press, 2011, ISBN 978 – 606 – 515 – 339 – 4, ISBN 978 – 606 –

515 – 340 – 0

27. Olaru A. – Dinamica Robotilor Industriali, Ed. Bren, 2005

28. Olaru A. – Aplicatii Labview, note de curs, UPB, 2017

29. Pascu N.– Proiectare Asistata de Calculator 1, note de curs, UPB, 2015

30. Pascu Nicoleta, Dobrescu Tiberiu Gabriel, Grafica Pentru Ingineri, Editura Bren, ISBN-978-606-648-

034-5, Bucuresti, 2012, 562

31. Popescu D. – CADSFF, Note de curs, UPB, 2018

32. Popescu D. – Proiectare 3D CATIA, note de curs, UPB, 2017

33. Popescu D. – Indrumar CAD CATIA V5R8, ISBN 973-700-011-0, Editura Aius, 2004

34. Pupaza C. – Inginerie Asistata de Calculator 1,2, note de curs, UPB, 2018

35. Stanciu M. – Programarea Calculatoarelor 1,2, note de curs, UPB, 2015

36. *** – Cataloage / carti tehnice / prospecte de roboti industriali, componente perirobotice, subsisteme de

transport, componente organologice, etc. recomandate de titularii de curs

37. *** – Web – site –urile recomandate de titularii de curs pentru studiul programei de fabricatie a firmelor

producatoare de roboti, componente perirobotice, subsisteme de transport, componente organologice,

etc.

38. *** – Baze de date nationale / internationale cu brevete de inventie