Proiect de Diplomă [309380]
CUPRINS PROIECT DE DIPLOMA
CAPITOLUL 1
Structura și funcțiile Efectorului Final (E.F.) ………………………………………………………………6
Noțiuni introductive……………………………………………………………………………………………8
Tipuri constructive de efectoare finale…………………………………………………………………..8
Dispozitive de prehensiune……………………………………………………………………………8
Dispozitive de prehensiune cu acțiune unilaterală…………………………………………….9
Dispozitive de prehensiune magnetice…………………………………………………………..10
Dispozitive de prehensiune cu acțiune bilaterală…………………………………………….11
Dispozitive de prehensiune cu acțiune bilaterală cu acționare pneumatică…………12
[anonimizat]………………………………………13
Dispozitive de prehensiune flexibile……………………………………………………………………14
CAPITOLUL 2
Dispozitive Modulare (D.M.) …………………………………………………………………………………….17
Generalități………………………………………………………………………………………………………..17
Locul și rolul dispozitivelor de prindere modulare D.P.M……………………………………..18
Etapele de elaborare a unui dispozitiv modular……………………………………………………..20
Avantajele și dezavantajele dispozitivelor de prindere modulare…………………………….22
Scheme de prindere utilizând dispozitive modulare……………………………………………….23
Elemente componente tipizate utilizate în construcția dispozitivelor de prehensiune vacuumatice……………………………………………………………………………………………………….26
Elemente componente tipizate utilizate în construcția dispozitivelor de prehensiune din industria automotivelor……………………………………………………………………………………….29
CAPITOLUL 3
Aplicații robotizate în operații de sudură a subansamblelor auto………………………………..32
CAPITOLUL 4
Proiectarea unui dispozitiv de prehensiune pentru manipularea robotizată a unui subansamblu auto de tip lunetă…………………………………………………………………………………42
Proiectarea dispozitivelor de prehensiune din elemente modulare tipizate……………42
Prezentarea etapelor de proiectare al dispozitivului de prehensiune realizat din elemente modulare tipizate………………………………………………………………………………….43
Proiectarea arhitecturii suportului central al dispozitivului de prehensiune prezentat utilizând elemente constructive modulare tipizate………………………………………………….46
Proiectarea și alegerea sistemelor de orientare și centrare a reperului din tablă manipulat de dispozitivului de prehensiune modular………………………………………49
Aspecte teoretice privind orientarea pe două suprafețe cilindrice interioare cu axe paralele și o suprafață plană perpendiculară pe acestea……………………………………49
Alegerea sistemelor de orientare și centrare a reperului din tablă manipulat de dispozitivului de prehensiune modular………………………………………………………….53
Proiectarea sistemelor de fixare modulate ale dispozitivului de prehensiune………57
Alegerea modulelor de fixare 6 și 7 ale dispozitivului de prehensiune………………65
Optimizarea funcționării sistemelor de centrare și fixare ale dispozitivului de prehensiune modular…………………………………………………………………………………………..72
CAPITOLUL 5
Elemente pneumatice de acționare a dispozitivului de prehensiune…………………………….76
Noțiuni introductive privind sistemele pneumatice………………………………………………..76
Acționarea pneumatică a dispozitivelor de prehensiune…………………………………..76
Intocmirea schemei de acționare pneumatică a dispozitivului de prehensiune proiectat…………………………………………………………………………………………………….78
Senzori utilizați la construcția dispozitivelor de prehensiune modulare……………..81
Concluzii privind proiectarea și construcția dispozitivului de prehensiune realizat din din elemente constructive tipizate…………………………………………………………………………86
Bibliografie…………………………………………………………………………………..88
CAPITOLUL 1
Structura și funcțiile efectorului final (E.F.)
1.1. Noțiuni introductive [18]
Efectorul final este parte din sistemul mecanic al robotului, prin care acesta acționează asupra mediului.
Efectorul final (EF), reprezintă ultimul element al unui robot și el este atașat de ultimul element al dispozitivului de ghidare (DG), având funcția de a solidariza obiectul manipulat (OM) față de acesta.
Conform schemei bloc prezentată schematic în figura 1.1. efectorul final poate fi: sculă (S),cap de forță cu sculă (CF), dispozitiv de prehensiune (DP), platformă mobilă (PM)
Fig. 1.1. Schema clasificării E.F [18]
sculă (S) când RI este destinat executării unei operații de prelucrare pentru care nu se necesită o sursă de energie exterioară care să acționeze scula (pistol de sudare, pistol de vopsire, instrument de măsură etc.);
cap de forță cu sculă (CF) caz în care se cere și o sursă de energie care să acționeze scula (polizor, ciocan pneumatic, mașină de găurit, șurubelnițe mecanice etc.);
dispozitiv de prehensiune (DP) când robotul industrial este destinat să manipuleze obiecte. Orice operație de manipulare presupune solidarizarea obiectului de manipulat de un element al dispozitivului de ghidare. Funcția de prehensiune a RI este efectuată de către DP solidar cu ultimul element al DG;
platformă mobilă (PM) în cazul roboților cu topologie paralelă.
Funcțiile dispozitivului de prehensiune (DP) sunt reprezentate schematic în figura 1.2.
Fig. 1.2. Funcțiile dispozitivului de prehensiune [18]
Structura efectorului final, este prezentată sub formă de schemă bloc în figura 1.3. și ea corespunde cerințelor funcționale ale acestuia.
Fig. 1.3. Structura efectorului final [18]
1.2. Tipuri constructive de efectoare finale
În funcție de domeniul aplicației robotizate, efectoarele finale, pot diferi foarte mult, din punct de vedere constructive, având în vedere scopul pentru care au fost proiectate:
• efectoare finale cu rol de prehensiune;
• efectoare finale pentru operații de sudură;
• efectoare finale pentru operații robotizate vopsire;
• efectoare finale din categoria dispozitive pentru prelucrări cu unelte specializate.
1.2.1 Dispozitive de prehensiune
În figura 1.4.a) este prezentat schematic, etapele procesului de prehensiune a unui obiect de formă cilindrică, cuprinzând trei funcții și anume
Poziționarea 2.
Centrarea obiectului
Realizarea succesivă a operațiilor de fixare și defixare a obiectului.
Fig. 1.4. a) Etapele procesului de prehensiune [11]
În figurile 1.4 b), 1.4 c) sunt prezentate două tipuri constructive de efectoare finale cu două și trei degete acționate prin parghii, aceste tipuri constructive sunt destinate operațiilor de prehensare a obiectelor prismatice și cilindrice.
Fig 1.4. b) Dispozitiv de prehensiune cu
două bacuri prismatice [3] Fig 1.4. c) Dispozitiv de prehensiune cu
trei degete [3]
1.2.2. Dispozitive de prehensiune cu acțiune unilaterală
Acționează pe o singură față a obiectului manipulat:
principiul de funcționare al dispozitivelor de prehensiune vacuumatice cu ventuză prezentat în figura 1.5. a),b),c) sunt utilizate în special la manipularea plăcilor, cartoanelor și a ambalajelor;
Fig. 1.5. a),b) c) Dispozitive de prehensiune tip ventuză cu vid
ventuză aderentă; b. pompă de vid; c. ventuză orientabilă și generator de vid cu ajutaj [16]
În figurile 1.6 a),b) sunt prezentate două dispozitive de prehensiune vacuumatice, realizate din elemente modulare tipizate, utilizate în operații robotizate de manipulare a unor plăci din tablă , respectiv un sistem robotizat de manipulare a unor plăci de carton.
b)
Fig. 1.6. a),b) Dispozitive de prehensiune vacuumatice [16]
1.2.3. Dispozitive de prehensiune magnetice [16]
Aceste dispozitive de prehensiune, conform figurii 1.7. nu conțin elemente de acționare, mecanisme de prehensiune sau bacuri. Principiul de funcționare al unui dispozitiv de prehensiune electromagnetic, constă din unul, sau mai multe perechi de poli N-S, creați prin înfășurarea unor bobinaje pe armături legate între ele printr-un jug, toate metalice feromagnetice.
Fig. 1.7. Dispozitiv de prehensiune magnetic [16]
La alimentarea bobinajelor în curent continuu se creează un câmp electromagnetic care se închide prin obiectul care vine în atingere cu armăturile polilor. Prehensiunea se realizează prin acțiunea forței de atracție (Fem) – Forța electromagnetică dată de relația de mai jos:
[N] (1.1)
unde:
B – inducția magnetică a electromagneților;
A – secțiunea minimă străbătută de flux;
– permeabilitatea magnetică a vidului.
Desprinderea obiectului se realizează prin întreruperea alimentării cu energie electrică a bobinelor. În unele cazuri se pot utiliza și împingătoare care acționează asupra obiectului, în special la obiectele care au o magnetizare remanentă.
1.2.4. Dispozitive de prehensiune cu acțiune bilaterală
Realizează prinderea obiectului manipulat într-un sistem de pârghii articulate asemănătoare unui clește. Forța de apăsare F fiind dependentă de construcția mecanismului articulat și geometria obiectului manipulat.
În figura 1.8. este prezentat schematic, principiul și modul de funcționare al unui mecanism de prehensiune cu acționare bilaterală având caracteristica mecanică constant, cât și graficul între Fmin și F max., respectiv reglarea în funcție de domeniul de lucru.
(1.2)
Fig. 1.8. Mecanism de prehensiune bilateral cu caracteristică mecanică constantă
În figura 1.9. este prezentat, principiul de funcționare al unui mecanism de prehensiune cu acționare bilaterală având caracteristica mecanică rapid crescătoare, .cât și graficul între Fmin și F max. , respectiv reglarea în funcție de domeniul de lucru.
Fig. 1.9. Mecanism de prehensiune bilaterală cu caracteristică mecanică rapid crescătoare
În figurile 1.10 a) și b) sunt prezentate două imagini ale unui efector final acționat cu mecanism de prehensiune bilaterală cu parghii, avand o caracteristică mecanică rapid crescătoare, respectiv un robot echipat cu un astfel de dispozitiv de prehensiune.
b)
Fig. 1.10. a),b) Dispozitiv de prehensiune cu parghii , sistem robotizat de manipulare [4]
1.2.5. Dispozitive de prehensiune cu acțiune bilaterală cu acționare pneumatică
În figurile 1.11. a, b, sunt prezentate două variante constructive ale unor dispozitive de prehensiune cu două degete cu acțiune bilaterală de tip pneumatic.
a
b
b
Fig. 1.11. a, b, Dispozitive de prehensiune cu acțiune bilaterală și acționare pneumatic [4]
1.3. Dispozitive de prehensiune cu acțiune multiplă, adaptive
Dispozitivele de prehensiune din această categorie, sunt utilizate în general pentru manipularea obiectelor fragile, principiul de funcționare al acestora se poate observa în figura 1.12., constând în acționarea pneumatică și prehensarea obiectului prin deformarea elastică în zona de contact a unei camera de cauciuc.
Fig. 1.12. Dispozitive de prehensiune cu acțiune multiplă pentru manipularea obiectelor fragile [3]
În figura 1.13 este prezentată o variantă constructivă a unui dispozitiv de prehensiune din această categorie, cele două bacuri ale dispozitivului de prehensiun ereprezintă două perne de aer, prin intermediul cărora realizează prehensarea obiectului fragil.
Fig. 1.13. Dispozitiv de prehensiune pentru manipularea obiectelor fragile [5]
1.4. Dispozitive de prehensiune flexibile
Aceste tipuri de dispozitive realizează prinderea unor obiecte de formă și dimensiuni care variază în limite foarte largi. La aceste dispozitive degetele învăluie obiectul de manipulat, realizându-se mai multe puncte de contact cu acesta, reducându-se astfel și solicitarea de contact cu obiectul manipulat. Se cunosc mai multe tipuri de dispozitive de prehensiune flexibile după cum urmează:
DP cu degete deformabile DP prevăzute cu degete flexibile deformabile nu au nevoie de mecanismul de prehensiune și nici de bacuri.
În figura 1.14 c este prezentat un DP cu degete deformabile. Degetul „SIMRIT” este un tub de material plastic închis la un capăt având pe o parte a sa cofraje care îi micșorează rigiditatea la întindere și sub acțiunea presiunii aerului comprimat introdus în interior se deformează învăluind obiectul și realizând prehensarea acestuia.
O altă categorie de DP cu degete deformabile se prezintă în figura 1.14 b). Aceste dispozitive au degetele poliarticulate și sunt constituite dintr-un lanț cinematic deschis, compus din elemente binare articulate între ele. Pentru obiecte de forme și dimensiuni diferite, aceste „falange” se mișcă, prin intermediul unor flexoare. În figura 1.14. a) se prezintă principiul de acționare al degetelor poliarticulate. Pe arborii articulațiilor sunt role liber rezemate, închiderea degetelor se face plecând de la grupul motoreductor (M1, M2) ce tensionează cablul flexor de acționare a rolelor.
b)
Fig. 1.14.a),b),c) Dispozitive de prehensiune flexibile : a cu degete deformabile formate din segmente articulate; b. cu degete deformabile pneumatic [16]
În figura 1.15 se prezintă principiul de acționare și funcționare al degetelor poliarticulate, la prehensarea unui obiect de formă complexă.
Fig. 1.15. Dispozitive de prehensiune flexibile.Fazele prehensării [16]
În figura 1.16 se prezintă o soluție prin care se poate realiza acționarea și blocarea pe cale pneumatică a știfturilor. Prin alimentarea cu aer comprimat a came-rei (1) se deplasează știftul, după care prin alimentarea camerei (2) se fixează știftul (4) în poziția respectivă prin deplasarea pistonului conic (5). Deblocarea, „uitarea” poziției știftului se realizează prin punerea la atmosferă a camerelor (1) și (2) și introducerea presiuni în camera (3), precum și prin intermediul arcului elicoidal (6).
Fig 1.16. Schema de reglaj a unui știft [18]
În figura 1.17. se prezintă schemele acestor DP: cu știfturi reglabile în poziția inițială (deblocat) în faza de instruire (blocat). Pentru prehensarea obiectelor de formă identică știfturile se blochează în poziția învățată.
Fig. 1.17. Dispozitive de prehensiune cu bacuri autoadaptabile la forma obiectului
CAPITOLUL 2
DISPOZITIVE MODULARE ( D.M.)
2.1. Generalități [10,16]
Prin dispozitiv modular utilizat în cadrul proceselor tehnologice din industria constructoare de mașini, se poate înțelege un sistem tehnic, alcătuind o unitate din punct de vedere funcțional, care stabilește și menține sau modifică poziția și orientarea obiectelor de lucru sau a sculelor, putând îndeplini și funcții ale mașinilor de lucru sau a operatorului.
Dispozitivele de prindere și fixare, trebuie să îndeplinească anumite condiții pentru o bună funcționare. În general, dispozitivele de prindere trebuie să indeplinească 4 condiții de bază care sunt absolut necesare:
poziționarea și orientarea precisă și repetabilă a semifabricatului față de sculele așchietoare
cu, care se lucrează în setup-ul curent ;
producerea unor deformații acceptabile asupra semifabricatului ;
neinterferarea elementelor dispozitivului cu sculele așchietoare ;
La această funcție de circumstanțe, se mai adaugă urmatoarele cerințe:
protecția operatorului ;
productivitate adecvată tipului de producție în care sunt implicate ;
eficiența economică a dispozitivului ;
facilitatea instalării semifabricatului în dispozitiv ;
Clasificarea pe tipuri de dispozitive [10]
Dispozitivele dedicate unei piese sunt dispozitive speciale, dacă sunt dedicate unei familii de piese care diferă relativ puțin ca forme și dimensiuni sunt dispozitive specializate.
Deoarece sunt în general unicate, costul proiectării și execuției este ridicat, mai ales dacă sunt utilizate acționări pneumatice, hidraulice și electrice, sau sunt automatizate.
Sunt raționale în producția de serie mare și masă deoarece costul lor este repartizat pe un număr mare de piese care se prelucrează cu ajutorul lor.
Dispozitivele universale au posibilități mari de reglare continuă (de exemplu curse mari ale bacurilor menghinelor sau mandrinelor universale pentru strunguri) dar și discretă prin montarea/demontarea unor componente (de exemplu bacurile menghinelor sau ale mandrinelor universale). În general sunt dispozitive scumpe mai ales dacă au un set numeros de accesorii.
Variabilitatea formelor pieselor pe care le pot prinde nu este mare datorită structurii lor care nu este modificabilă (de exemplu mandrinele universale sunt destinate în general prinderii pieselor de revoluție tip arbore, bolț, bucșă, prelucrate pe strunguri sau mașini de rectificat rotund; menghinele prind în general piese prismatice, dar și cu suprafețe cilindrice care se prelucrează pe M.U. de frezare, găurire).
Dispozitive modulare au apărut pe piața echipamentelor tehnologice, care au venit cu noutățiprivind tipizarea, modularizarea, posibilități extinse de combinare a variantelor tehnologice de execuție, scurtarea timpului de prelucrare a pieselor și mărirea preciziei execuției.
Piesele prismatice fac parte din categoria care ridică multe probleme tehnologice privind precizia și productivitatea, dar în același timp formează majoritatea cazurilor tehnologice.
Datorită faptului că apar piese de complexitate ridicată, cererea de dispozitive modulare duce la o creștere permanentă a complexității acestora, deoarece acestea se integrează cu ușurința în diverse sisteme automatizate, echipamentele de comandă numerică actuale, înglobează funcții inteligente și sunt deschise pentru orice aplicații ale constructorului de mașină-unealtă.
Dispozitivele modulare au mari posibilități de adaptare la forma pieselor deoarece componentele lor sunt ușor montabile și demontabile și reutilizabile de un număr mare de ori (conceptul Lego).
Eficiența economică a utilizării lor este dependentă de frecvența reutilizării lor și decide amortizarea pe un număr mare de piese diferite, nu identice sau aproape identice cum se întâmplă la dispozitivele dedicate.
În consecință sunt raționale în producția de loturi mici, medii care se repetă relativ rar.
Trebuie menționat faptul că industria prelucrătoare de piese a cunoscut în ultimii ani creșteri calitative spectaculoase, chiar și pe fondul crizei, aceasta continând să se perfecționeze neâncetat.Domeniul dispozitivelor dedicate centrelor de prelucrare, celulelor și sistemelor flexibile ține pasul cu evoluția mașinilor unelte, prin complexitatea, ingeniozitatea și economicitatea acestora.
2.2. Locul și rolul dispozitivelor de prindere modulare D.P.M
Dispozitivele de prindere modulare (DPM) umplu un gol între dispozitivele dedicate, construite pentru un reper sau o familie de repere, cu adaptabilitate redusă, necesitând o investiție inițială relativ mare și timp de dezvoltare lung, raționale în condițiile unei producții de serie mare și dispozitivele universale (menghine, universale de strung etc.) care sunt reutilizabile și destinate prinderii unor piese cu formă simplă, adaptarea făcându-se pe cale continuă prin curse relativ mari ale elementelor portbacuri și discretă prin bacuri amovibile, raționale în producția de serie mică. Primele DPM au fost utilizate în timpul ultimului război mondial, în Anglia și Germania, pentru a înlocui dispozitivele dedicate distruse de bombardamente. Până la sfârșitul anilor 60, utilizarea lor a fost limitată, deoarece preponderentă era producția de serie mare, masă.
Dezvoltarea DPM este sincronă cu a MUCN multiaxe și a sistemelor flexibile de prelucrare.
În zilele noastre locul și rolul DPM este clar definit:
se aplică în producția industrială de serie mică spre mijlocie;
se utilizează în atelierele de execuție a prototipurilor, unde acestea sunt deseori modificate, condiții în care este necesară o maximă flexibilitate tehnologică, implicit și a dispozitivelor;
.sunt raționale la execuția pieselor de schimb: este mult mai avantajos dpdv. economic ca acestea, să se producă în loturi relativ mici, la cererea beneficiarului, decât pe stoc, în loturi mari; în prima situație D.P.M fiind absolut necesare;
D.P.M sunt utile și în producția de serie: pot înlocui dispozitive dedicate când acestea sunt în reparație.
În figura 2.1. se prezintă schematic gradul de flexibilitate al dispozitivelor mecanice D.M.
Fig.2.1. Flexibilitatea D.M. [10]
2.3. Etapele de elaborare a unui dispozitiv modular
În figura 2.2 am prezentat schematizat etapele de elaborare a unui dispozitiv modular.
Fig. 2.2. Etapele de elaborare a unui dispozitiv modular
Etapele de sinteză de mai sus presupun următoarele ipoteze:
Prelucrările se efectuează pe mașini unelte cu CN, MUCN, în general: centre de prelucrare, freze, mașini de găurit. Pe un D.P.M. se plasează unul sau mai multe semifabricate identice, dacă nu, algoritmul se repetă pentru fiecare reper.
1.În prima etapă se culeg și se prelucrează datele necesare elaborării proiectului.
2.În condițiile unei producții de serie mică principala sursă de informare este fișa tehnologică,
în plus se estimează forțele, momentele și puterea de așchiere;
3.Determinare arhitecturii D.P.M: tipul de corp al D.P.M, numărul de semifabricate prinse pe un
D.P.M, poziția și orientarea semifabricatului relativ la traiectoria sculei/sculelor așchietoare;
4.Obiectivul etapei este enumerarea câtorva scheme de bazare modulare (SBM) (i=1…n), realizabile cu modulele existente și care preiau gradele de libertate necesare prelucrării corecte a semifabricatului, apoi ierarhizarea acestora pe baza unui proces de decizie multiatribut;
5.Procesul de proiectare continuă cu S.B.M estimate ca fiind cele mai performante;
6.În general, D.P.M se asamblează exclusiv pe baza modulelor aparținând unui set modular dat, numai în situații excepționale se acceptă și componente speciale, neaparținând sistemului modular. Apelarea la astfel de componente alogene, care trebuie proiectate și executate, măresc perioada de pregătire a fabricației, de obicei cu efecte economice negative.
7.Pentru S.B.M curentă se verifică precizia geometrică (calculată pe baza modelului geometric
al semifabricatului și D.P.M, deci erorile induse de bazare și de imprecizia constructivă a D.P.M).
8.Dacă S.B.M nu este suficient de precisă, aceasta este abandonată și se lansează următoarea
S.B.M.
9.Sinteza subsistemului de fixare presupune analiza mai multor variante de strângere a semifabricatului, calculul forțelor de fixare, estimarea deformațiilor elastoplastice ale sistemului și alegerea variantei optime.
10.Selectarea D.P.M. se efectuează luând în considerare întreg ansamblul dispozitivului, prin decizie multiatribut.
11.Proiectul se finalizează prin întocmirea desenului de ansamblu al DPM.
2.4. Avantajele și dezavantajele dispozitivelor de prindere modulare
Avantajele utilizări dispozitivelor de prindere modulare
– Avantajele utilizării dispozitivelor modulare trebuie urmărite în toate etapele “vieții” unui
dispozitiv: proiectare, execuție, exploatare și întreținere:
scăderea spectaculoasă a intervalului de timp necesar pentru proiectare și construcție: un D.P.M de complexitate medie poate fi dezvoltat în aproximativ o zecime din timpul necesar dezvoltării dispozitivului dedicat omolog;
procesul de proiectare a unui D.P.M este mai simplu deoarece pentru un set modular dat se
operează cu un număr limitat de componente normalizate, care trebuie doar asamblate.
– În cazul utilizării CAD, timpul necesar concepției scade spectaculos deoarece proiectantul
are la dispoziție într-o bancă de date desenele 2D și/sau 3D ale modulelor, nemaifiind necesară desenarea acestora. Actualmente există programe puternice de proiectare aproape completă a DPM, multe dintre ele integrând elemente de IA ;
procesul de documentare a D.P.M este mult simplificat. Dacă nu se utilizează CAD este suficientă o fotografiere sau filmare a dispozitivului proiectat și testat, însoțit de o listă a modulelor;
– Doar în cazul D.P.M complicate este necesară o descriere a procesului de asamblare ;
procesul de îmbunătățire online a D.P.M este facilitat de posibilitatea modificării rapide a pozițiilor, orientărilor modulelor, înlocuirii lor ;
orice defecțiune apărută la un D.P.M se înlătură rapid prin înlocuirea modului defect cu unul
care funcționează ; sau chiar de operatorul MU, fără a se mai apela la serviciul specializat de proiectare a SDV-isticii. Această posibilitate poate fi exploatată pentru scăderea perioadei de timp necesare implementării unui DPM ;
timpii de set-up la instalarea unui DPM pe o MU sunt reduși, cei mai mici întâlnindu-se la
DPM instalate pe palete ;
pentru DPM relativ simple concepția și asamblarea DPM poate fi rezolvată direct de către
un operator de exploatare a setului modular;
costul depozitării DPM este mai mic decât cel al dispozitivelor permanente datorită faptului
că după efectuarea sarcinii de producție DPM se dezasamblează iar modulele necesită un spațiu de depozitare mai redus.
În concluzie, seturile modulare actuale permit construirea unor dispozitive care au precizia uzuală a dispozitivelor dedicate și un cost comparabil cu al dispozitivelor universale.
Dezavantajele utilizări dispozitivelor de prindere modulare
Principalele limitări ale utilizării DPM sunt:
În general, D.P.M nu sunt destinate fixării pieselor care sunt supuse prelucrărilor foarte precise;
un D.P.M este construit pe baza unui set dat, cu modulele într-un număr finit de tipodimensiuni, în consecință, datorită combinațiilor limitate este posibil să rezulte un DPM relativ complicat în comparație cu unul dedicat ;
datorită faptului că sunt masive și dificil de echilibrat, DPM se instalează pe mesele MU care nu au viteze mari: mașini de frezat și centre de prelucrare, nu pe strunguri sau mașini de rectificat rotund ;
din seturile modulare se pot asambla dispozitive de prindere cu precădere pentru semifabricate paralelipipedice (carcase, semifabricate tip placă etc.) și mai puțin pentru cele de revoluție ;
în general, gabaritul unui DPM este mai mare decât a unui DP dedicat ;
există puține seturi modulare care permit integrarea și a unor module cu acționare fluidică
(în principal hidraulică), marea majoritate a seturilor se bazează exclusiv pe module acționate manual, cu dezavantajele legate de inconstanța aplicării forțelor de acționare și a productivității mai scăzute ;
concepția DPM pentru semifabricate cu forme complicate, sau care sunt utilizate pentru operații tehnologice complexe este dificilă, necesitând proiectanți cu înaltă calificare ;
seturile modulare comerciale sunt prea generale pentru a fi utilizate în anumite medii industriale ;
un set modular este scump: conține multe tipuri de componente, fiecare dintre acestea în mai
multe variante dimensionale.
pentru componentele de bază se utilizează oțeluri aliate rezistente la uzură 60 HRC, prelucrare în clasa 5, 6, 7 ISO.
în consecință, dacă nu este optim exploatat poate produce efecte economice negative ;
datorită necesității înserierii mai multor module, erorile geometrice ale componentelor asamblate se însumează ducând atât la scăderea preciziei cât și la diminuarea rigidității.
În consecință, actualmente există numeroase aplicații care nu pot fi acoperite prin intermediul acestora.
2.5. Scheme de prindere utilizând dispozitive modulare
Placa de bază prezentată în figura 2.3. este ghidată și poziționata relativ la canalele T ale mesei mașinii unelte prin intermediu a două bolțuri cu cap frezat, fixarea se realizeaza prin intermediul a 4 șuruburi cu cap hexagonal și 4 piulițe T (Construit cu setul modular carrlane Standard) [2]
Fig. 2.3. Prinderea unei placi modulare pe masa M.U. [10]
În figura 2.4. se prezinta o vedere isometica, 3D al unui dispozitiv modular de prindere a unei piese tip arbore, folosind 2 prisme și o pârghie, fixate pe placa verticală care este prinsă pe placa modulară cu ajutorul unei ferestre verticale, piesa fiind bazată pe reazem reglabil cu asigurare. [2]
Fig. 2.4. Prinderea unei piese tip arbore [10]
În figura 2.5. se prezintă o imagine a unui sistem modular de prindere a mai multor piese în dispozitive modulare pe un arbore rotativ. [4]
Fig. 2.5. Prinderea pe arbore a D.M. [10]
În figura 2.6. Prezentarea unui set modular carrlane, folosite la orientarea și fixarea unor repere date [2]
Fig. 2.6. Set modular (www.carrlane.com) [10]
2.6. Elemente componente tipizate utilizate în construcția dispozitivelor de prehensiune vacuumatice [16]
În figura 2.7. este prezentată printr-o vedere isometrică modelul 3D al unui dispozitiv de prehensiune modular, utilizat în operații robotizate de manipulare a reperelor din mase plastice obținute prin injecție.
Fig. 2.7. Dispozitiv de prehensiune vacuumatic de construcție modulară [16]
În figura 2.8. este prezentată modelul fizic al unui dispozitiv de prehensiune modular, utilizat în operații robotizate de manipulare a reperelor din mase plastice obținute prin injecție, daptat pentru a manipula un reper.
Fig. 2.8. Dispozitiv de prehensiune vacuumatic de construcție modulară [16]
În figurile următoare sunt prezentate cele mai reprezentative tipuri constructive de elemente tipizate utilizate la construcția dispozitivelor de prehensiune vacuumatice.
În figura 2.9 sunt prezentate prin modele 3D, câteva tipuri constructive de profile din aluminiu. Forma profilelor permite diverse modalități de asamblare între ele.
Fig.2.9. Profile din aluminiu, modalități de asamblare ale acestora [4]
În figura 2.10. sunt reprezentate prin modele 3D ale unor bride de translație reglabile, prezentându-se diverse modalități de montare ale acestora pe profile de aluminiu utilizând elemente de fixare demontabile cu filet .
Fig. 2.10. Bride reglabile, modalități de montare ale acestora pe profile de aluminiu [4]
2.7. Elemente componente tipizate utilizate în construcția dispozitivelor de prehensiune din industria automotivelor [8]
În figura 2.11. este prezentată printr-o vederede tip imagine, modelul fizic al unei stații de lucru modulară, utilizată în operații robotizate de manipulare a reperelor din tablă, folosite la fabricarea diferitelor subansamble componente ale caroseriilor auto.
Fig. 2.11. Stație de sudare robotizată de construcție modulară [8]
În figura 2.12. este prezentată printr-o vedere, modelul fizic de catalog al unui dispozitiv de prehensiune de lucru modular, utilizat în operații robotizate de manipulare a unui reper din tablă, folosit la fabricarea diferitelor subansamble, componente ale unui tip de caroserie auto.
Fig. 2.12. Modelul fizic al unui dispozitiv de prehensiune de lucru modular [8]
În figura 2.13. este prezentată printr-o vedere modelul fizic al sistemului de manipulare robotizat, unde un robot KUKA, este echipat cu un dispozitiv de prehensiune de lucru modular, vacuumatic utilizat în operații robotizate de manipulare a unui repere din tablă, folosit la fabricarea unui tip de caroserie auto.
Fig. 2.13. Sistem robotizat de manipulare utilizând un dispozitiv de prehensiune de lucru [8]
În figura 2.14. se prezintă un exemplu de sisteme modulare de asamblare ale arhitecturii dispozitivului de prehensiune modular
Fig. 2.14. Sisteme modulare de asamblare ale arhitecturii dispozitivului de prehensiune [8]
CAPITOLUL 3
APLICAȚII ROBOTIZATE ÎN OPERAȚII DE SUDURĂ A SUBANSAMBLELOR AUTO [5]
În afară de lipsa acută de calificare a forței de muncă, costurile ridicate de producție și creșterea consecventă a cererii pentru calitate cât și condițiile mai bune de muncă sunt forțele de ghidare pentru numeroase investiții în automatizarea robotică. [11]Robotul industrial există deja de peste 35 de ani, în acest domeniu, capacitățile arcului electric de sudare au evoluat de la un stadiu incipient la un stadiu actual avansat. Procesele state-of-theart ale arcului electric de sudare, sunt în curs de dezvoltare rapidă, mai exact au ajuns într-o fază adaptabilă pentru cuplarea cu sistemele robotice. Acestă situație favorabilă, prevede orientarea celor interesați în îmbunătățirea producției, prin utilizarea sistemului robotic cu arc de sudură, care întâmpină frecvent probleme și soluții, inclusiv dezvoltarea continuă a instrumentelor și dipozitivelor sudate pentru automatizari industriale robotizate, special proiectate pentru a se adapta diferitelor condiții de sudare.
În continuare sunt prezentați o serie de factori, ce influențează creșterea continuă pentru sistemele robotice cu arc de sudură, acești factori sunt:
• Procesul de control este realizat în scopul de a controla procesul de sudare, proces care trebuie să fie monitorizat pe linia robotizată de sudare. Sistemul robotic în buclă închisă, oferă feedback pentru urmărirea diferitelor aspecte ale procesului de sudare și mijloace pentru a identifica motivele anumitor anomalii, inclusiv prevenirea eșecurilor înainte de apariție.
• Muncă costisitoare statistica arată că disponibilitățile pentru sudori de calificare sunt tot mai reduse, iar mențierea unui sudor calificat tot mai dificilă. Prin utilizarea roboților de sudură, calitatea devine consecventă, iar procesul de sudură poate fi controlat de muncitori necalificați, ceea ce conduce și la reducerea unor costuri de muncă, ducând în final la mărirea eficienței economice.
• Sănătate și securitate au ca preocupării protecția muncii, procesul specific de sudare pot fi periculos iar componentele sudate pot avea o mărimea și o greutate dificil de manipulat. Aceste situații, pot crea unele preocupări referitoare la siguranță în exploatare, robotul utilizat în operații de sudare, va izola muncitorul de la contactul direct cu procesul de sudare, iar sistemul robotului de sudare cu arc poate oferi facilități pentru a proteja operatorul, inclusiv pentru manipularea propriu-zisă. În figurile 3.1 – 3.2 sunt prezentate prin imagini două aplicații robotizate, utilizând mai mulți roboți de sudură, integrați într-o linie tehnologică de fabricație robotizată, care împreună sunt programați să asigure procesul de fabricație al unei caroserii auto. [27], [28].
http://www.ttonline.ro/sites/default/files/imagecache/large/articole/roboti_1.jpg
Fig 3.1 Aplicație industrială a doi roboți într-o stație de sudură robotizată [21]
http://infohale.ro/wp-content/uploads/2018/12/robotics.jpg
Fig 3.2 Aplicație robotizată de sudură în puncte a unei caroserii auto[22]
•Standarde de calitate și inițiative, arată ca majoritatea consumatorilor din ziua de azi sunt conștienți de calitate. Acest aspect, pozitiv a schimbat modul de fabricare a pieselor în toate fazele operațiunilor lor, în cosecință se acceptă o toleranță redusă pentru a fabrica un produs final acceptabil. Automatizarea și robotizarea cu arc de sudură poate asigura un flux continuu de părți care se potrivește în mod corect, ca urmare a căldurii reduse pe parcursul procesului de sudură rezultând mai puține rebuturi, respingeri sau revizuiri.
• Creșterea cerințelor de producție, a unui produs de succes produce cantități mai mari în aceeași perioadă de timp, de obicei, cu puține sau nici o creștere a forței de muncă și spațiul limitat disponibil pentru expansiune. Automatizarea proceselor poate reduce timpul de prelucrare, care conduce la rezultate numeroase în aceeași perioadă de timp.
• Costul de producție, contribuie numeroși factori cum ar fi creșterea salariilor, inflația, impozite mai mari și costurile de utilitate, creșteri materiale, etc, pot contribui la creșterea costurilor operaționale. Prin robotizare și automatizare, costurile de producție pot fi reduse la un nivel minim.
Beneficiile robotizării și automatizarii operațiilor de sudură
• În calitate – sunt obținute suduri atractive cu o putere maxima de penetrare a conexiunilor.
• Timpul mediu între defectări ating o rată ascendentă de până la 7000 de ore.
• Reducerea factorilor umani – fără pause de masă, vacanțe sau concedii medicale, elemente ce afectează constant programul de lucru.
• Prevederea cu trasabilitate și cu un sistem de calitate superioară, pentru un management performant al unei societății comerciale din domeniul industrial. Roboții utilizați în operații de control sunt capabili de urmărirea proceselor, precum și identificarea anticipată a potențialelor probleme.
• Reducerea substanțială a costurilor de formare a unui operator în domeniu. Inovații în unitățile roboților de control au simplificat muncă operatorilor prin reducerea necesității de a atinge pandantivul.
• Creșterea încrederii consumatorilor, "cadru sudat robotizat" poate suna mult mai bine decât "cadru sudat manual". Sistemul de automatizare, va contribui la reducerea costurilor de producție și creșterea volumului de producție.
• Abilitatea de a reconfigura și capacitatea de a schimba precum design-ul ori aplicația produsului, în funcție de cerințele pieței și a beneficiarului. Roboți industriali utilizații în operații de sudare, sunt flexibili și totodată capabili de a accepta schimbarea la nevoie a cereri.
Efectoare finale cu rol de prehensiune
Robotizarea continuă a industriei autovehiculelor rutiere, a condus la o continuă competiție în ceea ce privește diversificarea componentelor de structuri metalice, care concură în procesul de realizare a caroseriei autovehiculului rutier. În figura 3.3 se prezintă un sistem robotizat de manipulare și sudare robotizată, utilizat în majoritatea liniilor de producție și montaj industrial al subansamblelor caroseriilor auto. Sistemul robotizat, prezentat în figura de mai jos, este alcătuit dintr-o stație de sudare robotizată, care asigură alimentarea și ulterior fixarea elementelor componente din tablă, care urmează să fie manipulate de robotul industrial prin intermediul unui dispozitiv de prehensiune adecvat, realizat din elemente modulare. [25]
http://www.ttonline.ro/sites/default/files/imagecache/large/articole/roboti2.jpg
Fig 3.3. Prezentarea unui sistem robotizat de fabricație manipulând subansamble componente ale unei caroserii auto [22]
Robotizarea ciclului de lucru pentru sudura în puncte prezintă următoarele avantaje:
Simularea simplă în 3D a fazelor secvențelor de sudare în puncte
Programare robotului offline
Utilări pentru diferite aplicații robotizate
Verificarea de funcționare inițială a sistemului
Analizarea ciclului de lucru și interferența pe contur a punctelor de sudură realizate pot fi verificate pe calculator
Realizarea unui studiu automat al atingerii punctelor propuse
Învățarea și programarea robotului pe calculator etc,
În figura 3.4 se prezintă, o modalitate de optimizare constructivă și funcțională a unui sistem robotizat de sudare.
Fig. 3.4. Layontul unui sistem de sudare robotizat a unei caroserii auto [5]
Liniia robotizată prezentată în figura de mai sus, utilizează în scopul sudării în puncte, a caroseriei auto trei roboți, echipați cu efectoare finale de sudură în puncte adecvate.
Sistemul mecanic al unui robot utilizat în operații de sudare trebuie să permită o cât mai mare varietate de posibilități de poziționare relativă a cleștelui/ capului de sudare în raport cu obiectul de lucru, astfel încît să fie realizabile mișcările indicate anterior. Pentru sudarea în puncte, punctul caracteristic este punctul de intersecție dintre axa unui electrod și suprafața de contact al acestuia, iar dreapta caracteristică este axa electrodului.
Dispozitivele de prehensiune ale roboților industriali utilizați pentru operații de sudare sunt dispozitive specializate, reducîndu-se la îmbinări care să asigure solidarizarea cleștelui/capului de sudare cu un element al dispozitivului de ghidare.
La roboții mai evoluați, dispozitivele de prehensiune specializate trebuie să asigure și solidarizarea unor senzori tactili/video cu un element al dispozitivului de ghidare.
În unele cazuri, cleștele este suspendat pe o consolă fixă prin intermediul unui cablu de susținere, lanț sau arc care preia greutatea lui, robotul executînd doar poziționarea cleștelui, fără a prelua sarcina gravitațională. [5].
Programarea roboților utilizați în operații de sudare, se realizează prin instruire cu telecomandă, folosind în acest scop panouri de programare cu butoane și întrerupătoare, ("Teach pendant"). În decursul fazei de instruire, robotul execută operația de sudare în regim de instalație, de teleoperare comandată manual. Sudurile executate în decursul fazei de instruire pot fi deficitare, rebutându-se obiectele de lucru. [5]
Din acest motiv, programarea prin instruire a robotului industrial se poate realiza și numai prin mișcarea cleștelui, respectiv a capului de sudare în lungul unei benzi de hîrtie pe care sunt marcate punctele de sudură, respectiv segmentele și arcele pe care trebuie să se deplaseze punctul caracteristic aferent capului de sudare.
Gradul de inteligență artificială al sistemului de comandă al robotului utilizat în operații de sudare depinde, în mare măsură, de caracterul mai mult sau mai puțin organizat al periferiei. În cazul utilizării unor dispozitive periferice precise și al unor abateri mici ale pieselor care urmează să fie asamblate prin sudură, robotul poate repeta la fiecare operație mișcările programate prin instruire.
Dacă se utilizează dispozitive periferice mai puțin precise, respectiv se asamblează piese pregătite cu abateri dimensionale mari, mișcările programate în prealabil se cer corectate adaptiv, sistemul de comandă utilizînd în "buclă închisă" informațiile unor senzori.
În figura 3.5. de mai jos, se prezintă principiul sudării în puncte, respectiv fazele procesului de sudare robotizată în puncte, cât și sudarea cu role, operații utilizate frecvent în operații de fabricare robotizată a caroseriilor auto.
Fig. 3.5. Principiul sudării în puncte [8]
În figurile 3.6, 3.7. și 3.8. sunt prezentate trei tipuri constructive de efectoare finale, utilizate pentru operații robotizate de sudare în puncte, proiectate și executate de specialiști ai firmei Comau Sciaky, ținând cont de tehnologia de sudare, cât și de accesul ganului în zona de dispozitiv.
Fig. 3.6. Efector final de tip cap de sudare în puncte cu pârghie oscilantă [5]
Roboții industriali utilizați în operațiile de sudare a diferitelor subansamble din tablă ale caroseriilor auto, sunt echipați cu astfel de efectoare finale, intâlnite în literarura de specialitate sub denumirea de ganuri.La acest tip de cap de sudare în puncte, prezentat în figura de mai jos, electrozi sunt în poziție verticală iar legătura cu ultimul element al dispozitivului de ghidare al robotului industrial se realizează printr-o interfață mecanică rigidă.
Fig. 3.7. Efector final cap de sudare în puncte de tip pârghie [5]
Principiul de funcționare, al acestui efector final de sudare în puncte robotizat, este prezentat mai jos în figura 3.8. prin patru vederi isometrice a),b),c),d) , de unde se poate observa modul de pivotare al electrodului mobil superior. Conform programului de lucru cei doi electrozi trebuie să aibe acces în zona de sudare, permițând realizarea operațiilor de sudare în puncte, fară restricții de blocare sau tamponare în operația de pivotare a electrodului mobil superior pivotant, cu elemente mecanice din zona de lucru, atât pe orizontal cât și pe vertical.
b)
c) d)
Fig. 3.8. Exemple de poziționare a electrozilor de tip pârghie
În figura 3.9. se prezintă o variant constructive a uni efector final de tip cap de sudare în puncte unde, electrodul fix este în poziție orizontală iar electrodul mobil în poziție verticală.
Acest tip de efector final se pretează la diverse operații de sudare a caroseriilor de autovehicule, la care poziționarea și acesul electrodului, se realizează prin deplasarea liniară a electrodului mobil.
Fig. 3.9. Efector final cap de sudare în puncte cu mișcarea liniară a electrodului mobil [5]
Principiul de funcționare, al acestui efector final de sudare în puncte robotizat, este prezentat mai jos în figura 3.10. prin patru vederi isometrice a),b),c),d), de unde se poate observa modul de deplasare liniară al electrodului mobil poziționat lateral dreapta. Conform programului de lucru cei doi electrozi trebuie să aibe acces în zona de sudare, permițând realizarea operațiilor de sudare în puncte, fară restricții de blocare sau tamponare în operația de deplasare liniară a electrodului mobil, cu elementele mecanice din zona de lucru.
b)
c) d)
Fig. 3.10. a), d)Exemple de poziționare a electrozilor de tip liniar mobil
CAPITOLUL 4
PROIECTAREA UNUI DISPOZITIV DE PREHENSIUNE PENTRU MANIPULAREA ROBOTIZATĂ A UNUI SUBANSAMBLU AUTO DE TIP LUNETĂ
4.1. Proiectarea dispozitivelor de prehensiune din elemente modulare tipizate
Utilizarea pe scară tot mai largă a sistemelor robotizate de manipulare și sudare robotizată, utilizată în secțiile de producție și montaj industrial al diverselor subansamble componente ale caroseriilor auto, a cunoscut o dezvoltare dinamică continuă. Utilizarea unor sisteme robotizate de manipulare similare cu cele , prezentate în imaginile din figurile 4.1. și 4.2. alcătuiesc un sistem de manipulare robotizat, în acțiune care asigură centrarea, fixarea și manipularea unor subansamble auto din tablă, componente ale unor caroserii .
Fig. 4.1. Sistem robotizat de manipulare subansamblu auto. Faza 1 [22]
Robotul industrial manipulează subansamblul, în funcție de procesul tehnologic realizat pe linia de fabricație, prin intermediul unui dispozitiv de prehensiune adecvat, realizat din elemente modulare tipizate.
Fig. 4.2. Sistem robotizat de manipulare subansamblu auto. Faza 2 [22]
În cadrul acestui capitol al lucrării proiectului de diplomă, în conformitate cu denumiriea temei de proiectare, mi-am propus să realizez un studiu privind proiectare și execuția, unui dispozitiv de prehensiune, realizat din elemente modulare tipizate, acționate pneumatic.Proiectarea dispozitivuluise realizează în scopul efectuării manipulării robotizate a unor operațiilor de manipulare și fixare a două structuri metalice diferite, componente ale unui subansamblu de caroserie auto, de tip lunetă.
La proiectarea dispozitivului de prehensiune, am utilizat un program de proiectare asistată de calculator Catia 5, fiind modelat 3D și 2D. Pe baza modelării 3D realizate în lucrarea de diplomă, în cadrul studiului prezentat în acest capitol, vreau să prezint într-o anumită ordine, etapele și fazele de proiectare și construcție, respectiv modul de asamblare ale elementelor componente, ale variantei de dispozitiv de prehensiune.
La proiectarea și construcția dispozitivului de prehensiune, au fost utilizate diverse elemente modulate tipizate specifice, aceste tipuri constructive sunt utilizate frecvent la construcția acestor tipuri de efectoare finale.
Am realizat proiectarea modelului 3D a dispozitivului de prehensiune, realizat din elemente modulare tipizate, datorită multiplelor avantaje pe care le prezintă.Principalele avantaje, constau în reducerea timpului de proiectare și execuție, respectiv a costurilor determinând în final o creștere a eficienței economice la sistemele de manipulare și montaj robotizate.
4.2. Prezentarea etapelor de proiectare al dispozitivului de prehensiune realizat din elemente modulare tipizate
Ca bază de pornire, la proiectarea dispozitivului de prehensiune, prezentat în lucrarea de diplomă, am avut ca bază de pornire modelele 3D, ale celor două repere de caroserie auto de tip lunetă, care urmează a fi centrate, prehensate și fixate robotizat prin intermediul dispozitivului de prehensiune, realizat din elemente modulare tipizate, acționat pneumatic. Greutatea subansamblului de tip lunetă este de aproximativ 20 kilograme, dispozitivul de prehensiune proiectat, avănd rolul de a manipula robotizat elementele din tablă în stația de lucru, unde sunt realizate diverse operații de sudare în puncte.
Fabricarea unui nou model de autoturism, presupune proiectarea și execuția unor noi prototipuri de scule din categoria matrițelor de ambutisat și ștanțat, adecvate producerii noului model de caroserie. Această operațiune de mare amploare, implică proiectarea unor multiple dispozitive de orientare și fixare, adecvate în scopul manipulării robotizate ale unor elemente și subansamble din tablă, componente ale ansamblului noului model al caroseriei auto.
La proiectarea și execuția unui dispozitiv de prehensiune destinat operațiilor de centrare fixare și manipulare a unor componte sau a unui subansamblu, de caroserie a unui autovehicul rutier, trebuie luate în considerare câteva principii de bază.
În prima fază dispozitivul de prehensiune întâlnit în literatura de specialitate și sub denumirea de gripper, încă din faza de concepție și proiectare, trebuie să fie alcătuit din suficiente elemente componente, de structură modular tipizată, pentru a-și îndeplini scopul principal. Mai exact acesta trebuie să aibă capacitatea de a menține fixate în condiții de siguranță elementul sau elementele de caroserie, făra să existe pericolul ca aceasta să se desprindă din sistemele de fixare în timpul manipularii.
La proiectarea unui gripper, din această categorie, alegerea componentelor necesare, se face având ca bază de pornire înformațiile primite de la compartimentul de proiectare al uzinei producătoare al caroseriei, ținând cont de modelul 3D al acesteia, oferind și transmitând cât mai multe informații precise, referitoare la materialul elementelor din tablă, forma geometrică, grosimea tablei, greutatea și mărimile liniare și unghiulare a elementului sau elementelor de tablă, ce urmează să fie centrate și fixate în dispozitiv.
În general pentru fixarea unui reper de caroserie auto, se folosesc patru sisteme de prindere, structura acestora este modulară, iar acționarea pârghiilor de fixare, este realizată de regulă pneumatic, datorită unor multiple avantaje pe care le prezintă. Denumirea întâlnită în literatura de specialitate, a sistemele de fixare din componența dispozitivelor de prehensiune, prin intermediul cărora se realizează fixarea elementului sau elementelor din tablă, poartă denumirea de clamp. Structura acestora este modulară, oferind multiple avantaje, privind rapiditatea proiectării și execuției la costuri reduse.
În figura 4.3. se prezintă o vedere isometrică a modelul 3D, al ansamblului dispozitivului de prehensiune proiectat și prezentat în studiul de caz, din figură se poate observa atât forma elementelor din tablă utilizate la subansamblul de tip caroserie care urmează a fi prehensat, cât și structura dispozitivului de prehensiune modular, cuprinzând două sisteme de centrare și patru sisteme de fixare strângere a celor două elemente de tablă.
În figura 4.4. se prezintă o vedere de sus și o secțiune transversală prin efectorul final proiectat, din această vedere și secțiune se poate observa în mod mult mai clar, forma și profilul geometric al elementelor caroseriei, care sunt centrate și prehensate de dispozitivul de prehensiune modular, în vederea sudării lor robotizate.
Fig. 4.3. Modelul 3D al dispozitivului de prehensiune modular. Vedere izometrică 1
Fig. 4.4. Modelul 3D reprezentat printr-o vedere de sus și o secțiune prin dispozitivului de prehensiune modular. Vedere izometrică 2
4.3. Proiectare arhitecturii suportului central al dispozitivului de prehensiune prezentat utilizând elemente constructive modulare tipizate
Ca bază de pornire la proiectarea dispozitivului de prehensiune, trebuie să ținem cont de geometria, forma și materialul profilele din componența suportului central de structură modulară. Profilele de secțiune rectangulară, din oțel fiind prevăzute cu multiple găuri străpunse de fixare, fără a afecta rezistența, deoarece reprezintă scheletul pe structura căruia se asamblează celelalte elemente componente modulare ale dispozitivului. Suportul central reprezintă structura de bază, pe care urmează a fi montate și asamblate, prin sisteme de fixare tipizate cu filet, astfel încât să se realizeze un montaj de structură suficient de rezistent, utilizând în acest scop un număr de elemente modulare tipizate, într-un interval de timp cât mai redus.
În continuare conform reprezentării din figura 4.5. se prezintă modelul 3D al suportului modular central 1, al dispozitivului de prehensiune proiectat, structura suportului central fiind realizată din elemente modulate de tip profile pătrate din oțel, pe marginile cărora sunt prelucrate găuri străpunse, distanța dintre axele acestora având o anumită mărime liniară standardizată.
Fig. 4.5. Modelul 3D al structurii suportului modular central 1 al dispozitivului de prehensiune
Asamblarea profilelor din componența suportului central, este realizată prin intermediul unor elemente tipizate de asamblare de tip colțare, șuruburi și piulițe.
Ca element de rigidizare suplimentar, se utilizează un suport din tablă sudată la un unghi de 900. Asamblarea ramei dreptunghiulare a profilelor modulate în plan orizontal pe colțarul de tablă se realizează cu elemente filetate de tip șuruburi.
Partea laterală a suportului dispozitivului de prehensiune, asigură realizarea interfețelor mecanice, energetice și informaționale, ale acestuia cu sistemul mecanic de cuplare, sistemul de comandă și conducere al robotului industrial ABB. Pentru a se realize o interfațare rapidă, a dispozitivului de prehensiune la robotul industrial, acesta este prevăzut cu un sistem interfațare rapidă, operație care permite schimbarea la nevoie a acestuia, într-o perioadă de timp scurtă.
În figura 4.6. se prezintă modelul 2D cu cotele liniare aferente ale unei plăci laterale, care prin montaj asigură legăturile energetice și informaționale cu sistemul de conducere al robotului.
Fig. 4.6. Modelul 3D al plăcii laterale
În figura 4.7. sunt prezentate prin două vederi, modelul 2D, al suportului modular central 1, al dispozitivului de prehensiune, elementele componente tipizate numerotate, ale acestuia, din cele două vederi reiese de asemenea mărimile liniare ale cotele de asamblare, de montaj și de legătură ale acestora. Sunt prezentate prin două vederi, o vedere de sus respective o vederea din față.
Fig. 4.7. Desenul 2D al suportului modular central 1 al dispozitivului de prehensiune
4.3.1. Proiectarea și alegerea sistemelor de orientare și centrare a reperului din tablă manipulat de dispozitivului de prehensiune modular
Al doilea aspect foarte important în proiectarea dispozitivului de prehensiune de tip gripper, este faptul că proiectantul, trebuie să conceapă dispozitivul în așa fel încât, să anuleze toate gradele de mobilitate ale elementului de caroserie, adică anularea translațiilor și rotațiilor pe cele trei axe X, Y și Z. Primul pas în proiectarea gripperului este alegerea încă din faza de proiectare a două găuri existente în structura tablei în care, vor fi introduse două elemente de centrare, numite în termini de specialitate bolțuri de centrare sau pini.
Acești pini au rol, atât de ghidare centrare cât și de antirotație și antitranslație. Adâncimea la care pinul de centrare pătrunde în gaură este de aproximativ 5 – 7 mm, existând și cazuri excepție când aceasta avansează în gaură doar 3 mm.
La gripperele de manipulare diametrul pinului se alege cu 1 mm mai mic, față de diametrul găurii din caroserie. Din punct de vedere tehnologic pini sunt confecționați, din materiale de calitate superioară OSC 10 STAS 1700-80 care urmează a fi tratate termic prin călire, având la final o duritate cuprinsă între 56-60 HRC.
La alegerea găurilor în care intră pinii de centrare sunt avute în vedere mai multe considerente tehnice și funcționale. Poziționarea acestora pe suportul central al dispozitivului de prehensiune, trebuie să fie în același plan, fiind permisă o abatere de maxim 20.
În cazul în care cele două găuri nu sunt în același plan, există posibilitatea ca diametrul pinului să fie ales în așa fel încât să permită retragerea pinului, respectiv a dispozitivului de prehensiune, după manipularea subansamblului din tablă de tip lunetă în cazul nostru.
4.3.2.Aspecte teoretice privind orientarea pe două suprafețe cilindrice interioare cu axe paralele și o suprafață plană perpendiculară pe acestea [17]
La prelucrarea semifabricatului din fig. 4.8 trebuie respectate cotele a, b, c. Elementele de referință față de care trebuie să se facă orientarea sunt: planul 1 planul 2, ce trece prin axele celor două alezaje și axa de simetrie 3, a alezajului D1.
Elementele de reazem care asigură această orientare sunt: două bolțuri cilindro conice, din care unul frezat, care asigură rezemarea iar împreună determină planul 2 ce anulează rotirea.
Fig. 4.8. Schemă de orientare pe două suprafețe cilindrice și o suprafață plană [17]
În figurile 4.9. a și b modelate 3D și prezentate mai jos, sunt prezentate prin două vederi isometrice schemele de orientare pe două suprafețe cilindrice și o suprafață plană. În prima schemă este reprezentat sistemul de orientare, fără piesă, iar în următoarea figură este reprezentat sistemul de orientare, al piesei .
b)
Fig. 4.9. a), b)Model 3D al schemei de orientare pe două suprafețe cilindrice și o suprafață plană. Vedereri isometrice
Gulerele bolțurilor determină planul 1, devenind baza de așezare. Frezarea unuia din bolțuri se datorează faptului că atât distanța dintre axele alezajelor cât și cea dintre axele bolțurilor este executată în câmpuri de toleranță (fig. 4.10), care conduc la posibilitatea intersectării contururilor acestora.
Rezultă din schemă necesitatea realizării unei secțiuni eliptice pentru unul din bolțuri.
Această formă a bolțului este netehnologică, motiv pentru care s-a înlocuit cu alte forme tehnologice, tipizate ușor de realizat pe mașinile-unelte uzuale, forme cconstructive care sunt alese din catalog.
Fig 4.10. Schemă de evitare a interferenței [17]
Lățimea frezării (b) care cuprinde suprafața cilindrică a bolțului se calculează în funcție de precizia de execuție a semifabricatului și a dispozitivului. Calculul se face pe baza schemei din fig.4.11.
Fig 4.11. Schemă pentru calculul lățimii retezate la bolțuri [17]
Se aproximează lungimea arcului EB, ca egal cu lungimea coardei EB. Din triunghiul O2CB rezultă:
(4.1)
Din triunghiul O2CA rezultă:
(4.2)
Egalând expresiile (4.1) și (4.2) rezultă:
(4.3)
(4.4)
neglijând termenii cu valori mici și reducând termenii asemenea rezultă:
sau (4.5)
unde:
= Tp + Td – J1 min (numit joc de compensație) (4.6)
J1 min = D1 min – d1 max (4.7)
Valoarea lățimii b exprimată de relația (4.5) are sens numai pentru valorile pozitive ale lui , adică atunci când:
= Tp + Td – J1 min > 0 (4.8)
respectiv: Tp + Td > j1 min (4.9)
Calculul lățimii b se face, de regulă, atunci când jocul dintre bolțul frezat și alezajul semifabricatului este impus de o anumită valoare limită a unghiului de rotire a semifabricatului în dispozitiv. În caz contrar, bolțurile se adoptă normalizate, iar jocul minim se calculează cu relația:
(4.10)
4.3.3. Alegerea sistemelor de orientare și centrare a reperului din tablă manipulat de dispozitivului de prehensiune modular [9]
În figurile 4.12 a), b) sunt prezentate modelul 3D alături de un modelul fizic al tipului constructiv al bolțului modular de centrare mobil 4, montat în partea dreaptă a dispozitivului de prehensiune.
b)
Fig.4 .12. a) ,b) Modelul 3D al bolțului central mobil 4 [9, 25]
În figurile 4.13 a) și b) sunt prezentate modelele 2D ale bolțului central mobil reprezentate printr-o vedere din lateral și o vedere de sus, de unde se observă poziția de reglare înclinată a acestuia, la o mărime unghiulară de 100, rezultând din figura și modul de fixare pe structura suportului central al dispozitivului, fiind poziționat la 550 mm față de axa de simetrie a dispozitivului. Găurile alese sund de dimensiuni mai mari, pentru a nu permite blocarea pinilor de centrare. Distanța dintre pinul fix și pinul mobil fiind de 730 mm, respectiv 250 mm față de axa de simetrie a suportului central, plus 115 mm, deci destanța de la axa o este de 250 mm +115 mm, adică 365 mm, se lasă o toleranță de +/- 0,1 mm, acest lucru este posibil deoarece un pin este frezat, permițând, centrarea cu ușurință, fără ca pini de centrare să se blocheze.
Din figurile de mai jos se poate observa că poziționarea acestora se face la un unghi de 100, astfel încât să se deplaseze perpendicular pe planul tablei, fără blocaje in găurile de centrare.
a)
Fig. 4.13. a) Modelului 2D al sistemului modular mobil de centrare 4.Vedere din lateral
a)
Fig. 4.13. b)Modelului 2D al sistemului modular mobil de centrare 4.Vedere de sus
În figurile 4.14 a), b) sunt prezentate modelul 3D și un model fizic de catalog utilizat, al tipului constructiv al bolțului modular de centrare fix 5, montat în partea stângă a dispozitivului de prehensiune.
a) b)
Fig.4 .14. a) ,b) Modelul 3D al bolțului central fix modular 5 [8, 25]
În figurile 4.15 a) și b) sunt prezentate modelele 2D ale bolțului central modular fix numerotat cu nr 5, reprezentate printr-o vedere din lateral și o vedere de sus, de unde se observă poziția de reglare înclinată a acestuia, la o mărime unghiulară de o valoarede 100, rezultând din figura și modul de fixare pe structura suportului central al dispozitivului de prehensiune.
a)
Fig. 4.15. a) Desenul 2D al sistemului modular fix de centrare 5.Vedere din lateral
b)
Fig 4.15. b) Desenul 2D al sistemului modular fix de centrare 5.Vedere de sus
4.3.4. Proiectarea sistemelor de fixare modulate ale dispozitivului de prehensiune
Aceste elemente modulare tipizate de fixare, în cazul nostru patru, vin în contact direct cu elementele de tablă și realizează susținerea și fixarea acestora, din acest motiv forma profilului suprafeței de contact a elementelor trebuie să fie prelucrate identic cu forma modelată și fizică elementelor de tablă în zona petei de contact, aferentă fixării.
Prelucrarea negativului profilului, se obține prin metode de prelucrare specifice pe MU, unde generarea se face prin CNC a suprafeței, pornind de la forma modelului 3D a fișierului de tablă, copiere sau în cazuri speciale când suprafața e perfect plană generare prin frezare convențională. (figura 4.16.)
Fiindcă sunt elemente a căror poziție v-a determina poziția de situare a tablei, această poziție trebuie să poată fi ajustată pentru obținerea preciziei cerute (în general +/-0.1mm).
Fig. 4.16. Model 3D sistem fixare a tablelor acționat pneumatic. Vedere izometrică 1 [9]
Elementele de fixare de tip pârghie standard sunt executate din următoare materialele:
otel de îmbunătățire C 45 (călit cu flacără ) – este cel mai uzual folosit;
inox (Magnetic Stainless Steel) – folosit pentru elementele “cuprinse” de sudură manuală;
material plastic(Nylatron, Nylatron GSM) – acolo unde există pericolul ca elementul să zgârâie (să lase urme) pe suprafața vizibilă a tablei, nu rezistă la temperaturi ridicate, se va folosi tratare termică pentru adezivi la asamblarea prin lipire.
Elementele standard se diferentiază după urmatoarele tipuri și forme:
în formă de I (Figura 4.17. a);
în formă de L (Figura 4.17. b);
în formă de T (Figura 4.17. c);
în formă de Paralelipiped (Block) (Figura 4.17. d);
a) b) c) d)
Fig. 4.17. a), b), c), d) Tipuri constructive de elemente modulare standard [9]
Se va respecta o cota de, 5 ~ 7 mm adaos de prelucrare pentru tăierea elementului, iar cota de știft, va trebui să aibă valori întregi (Figura 4.17. e);
Fig. 4.17. e) Adaosul elementului de prelucrare pentru tăierea materialului la CNC [7]
În figura 4.18 sunt prezentate modelele 3D reprezentate isometric, patru forme constructive ale unor elemente de fixare non-standard.
.
Fig. 4.18. Forme constructive pentru elemente de orientare non-standard [7]
Elementele de fixare de tip pârghie, sunt fixate cu șuruburi de elementele intermediare în forma de L, având rol de suport L. Fixarea se face cu 2 știfturi și un șurub, sau fixare cu 2 știfturi și 2 șuruburi. Suporții L vor fi prinși cu șuruburi de unitățile de clamp, care sunt elementele de sprijin a tablei, de apasare sau strângere.
Pentru a-și îndeplini funcția de strangere, elementele trebuie să asigure o fortă de fixare de minim 40 daN – depinzând de forma și gabaritul și masa tablei.
Aceste elemente de strângere sunt fixate de tija cilindru(motor) conform figurii 4.19., formând practic un dispozitiv de fixare cu pârghie, acționat pneumatic.
În figura 4.19. a), sunt prezentate modelul 3D al elementelor modulare de fixare 2 și 3, care fac parte din structura dispozitivului de prehensiune modular prezentat în cadrul proiectului de diplomă , iar în figura 4.19. b) este prezentat un model fizic real al elementelor modulare de fixare 2 și 3, care fac parte din structura dispozitivului de prehensiune al reperului de tip lunetă.
a) b)
Fig. 4.19. a), b) Model 3D, model fizic al modulelor 2 și 3 din structura dispozitivului de prehensiune modular de prindere fixare a, elementului de caroserie [9, 25]
În figura 4.20. sunt prezentate desenele 2D, ale dispozitivului modular de prindere fixare 2 și 3, a elementelor de caroserie, vedere de sus și vedere din lateral, elementele componente și cotele de legătură ale acestora cu elementele de montaj ale structurii ansamblului dispozitivului de prehensiune.
Dispozitivele de fixare din această categorie, sunt montate și poziționate simetric, conform desenului de ansamblu, astfel încât elementele de fixare acționate pneumatic să-și realizeze funcția de fixare și manipulare a reperului din tablă de tip lunetă, în vederea executării sudării robotizate în stația de lucru. Unghiu maxim de deschidere al pârghiei dispozitivului de fixare este de 1350.
Fig. 4.20. Desen 2D al dispozitivului modular de prindere fixare 2 și 3 al elementelor de caroserie, vedere de sus și vedere din latera
În figurile 4.21. a) și b), sunt reprezentate grafic, cu dimensiuni liniare, sistemele de fixare ale tablei ceea ce presupune echiparea individuală a fiecărui clamp cu câte două repere conjugate numite NC-uri. Aceste repere de contact sunt denumite astfel, datorită faptului că se manufacturează după un program, realizat pe mașini unelte cu comenzi numerice, de tip CNC.
a)
b)
Fig. 4.21. a) , b) Desenul 2D a formei geometrice și coordonatele, reprezentând negativul modelului 3D al elementului caroseriei în zonele de fixare ale modulelor 2 și 3
Conform desenului 2D, reprezentat din figura 4.21, a), b) în urma prelucrării pe aceste mașini, rezultă forma lor geometrică conjugată și valorile coordonatele, reprezentând negativul modelului 3D al elementului caroseriei, în zona de contact. În figurile 4.22. sunt reprezentate grafic, cu dimensiuni liniare, sistemele de fixare ale tablei ceea ce presupune echiparea individuală a fiecărui clamp cu câte două repere conjugate numite NC-uri. Aceste repere de contact sunt denumite astfel, datorită faptului că se manufacturează după un program, realizat pe mașini unelte cu comenzi numerice, de tip CNC.
Fig. 4.22. Desenul 2D a formei geometrice al NC –ului în zonele de fixare a modulelor
Conform valorilor prezentate în tabelul 4.1. FORȚA DE STRÂNGERE considerând trei tipodimensiuni ale elementelor (de 40 daN -110 daN și 200 daN), acționate pneumatic la presiunea de 5 bari în circuitul de aer și la distanța de 100 mm fața de centrul de rotație.
Oricum, pricipiul rămâne același la alegerea tipodimensiunii elementului ce urmează a fi folosit:
să aibă din construcție prevăzută blocarea mecanismului(element de ghidaj),
să asigure forța de strângere minim necesară considerată ( 40 daN, 80 daN, 110 daN,)
să aibă centrul de roțatie în planul tablei
greutatea montajului mobil să nu depășească anumite limite,
forța de strângere să nu scadă sub valoarea minim admisă de 40 daN
Elementele de ghidaj sunt în general reprezentate de stop block-uri dar pot fi și ghidaje liniare cu bucse, plăci anti-fricțiune.
Elementelor de ghidaj, pentru poziția de lucru se vor monta cât mai aproape de elementul activ (ex: element de orientare) minim 50% față de centrul de rotație în planul tablei (figura 4.23.).
Fig 4.23. Fixarea în centrul de roțatie al planului tablei [7]
Se va avea în vedere și poziția centrului de greutate la stabilirea poziției pentru montajul ghidajului, astfel încât mecanismul să nu tindă să iasă din poziția de echilibru sub acțiunea propriei greutăți, având rolul de opritor asupra elementelor aflate în mișcare.
Elementele de fixare, cele de strângere sunt acționate de un mecanism.
Acest mecanism este unul mai special prin faptul că cilindrul pneumatic materializează o cupla de roto-translație și este în același timp motor (împingând tija în afară) ceea ce face ca traiectoria unui punct de pe tijă să nu fie circulară.
Are rolul de închidere și deschidere a elementului de strângere sub acțiunea unei forțe bine determinate. Se va evita solicitarea cilindrului la maxim.
4.3.5. Alegerea modulelor de fixare 6 și 7 ale dispozitivului de prehensiune
Următorul pas al proiectantului, este alegerea și poziționarea cât mai eficientă a sistemelor de fixare de tip clamp folosiți pentru dispozitivul de prehensiune. Ideal aceștia vor fi dispuși la distanță cât mai mare unul de celălalt, dacă construcția tablei și a dispozitivelor cu care gripperul are contact permit acest lucru fără a deranja manipularea.
Pentru proiectarea unui gripper care să manipuleze o componentă de tip lunetă, din caroseria unei mașini sunt utilizate echipamente modulare tipizate de tip, Tunkers V/V2 40 Vario.Motivul pentru care se folosesc sisteme de tip clamp Vario este că unghiul de deschidere la aceștia este reglabil, iar dacă este necesar, se poate modifica și după comandarea clampului foarte usor. Optional aceștia, sunt dotați cu un mâner care permite blocarea manuală, acest mâner poate fi montat pe una din parțile laterale ale clampului în funcție de cerere.
Clampul se montează pe elementul conjugat, printr-un sistem de prindere cu filet format din 4 șuruburi utilizând și 2 știfturi cilindrice.
Sistemul constructiv și functional al clampului este echipat cu un amortizor, pentru ca inchiderea să nu fie foarte bruscă, lucru care ar duce la deteriorarea calitatii suprafeței tablei caroseriei în zonele de contact.
Forța de strângere a unui clamp V40 este de 120 Nm, greutatea sa este aproximativ 2 kg, lungime 235,5 mm, lățime 83 mm, înălțime 50 mm. Clampul este dotat cu arm vertical sau orizontal, pe partea stânga, dreapta sau pe mijloc, în funcție de necesitate.
Calculul greutății cu care clampul poate fi încărcat se face după grafice puse la dispoziție de către producatorul acestora.
În figurile 4.24 a) și b) sunt prezentate modelele 3D ale unui sistem de fixare al tablei de tip clamp numerotat cu nr. 6, rezultând din figură și modul de fixare pe structura suportului central, iar în figura 4.24 b) este prezentat modelul fizic utilizat al unui sistem de fixare al tablei de tip clamp modular tipizat nr 6.
a) b)
Fig. 4.24. a), b) Model 3D și model fizic existent al dispozitivului modular de fixare 6 a elementelor de caroserie [7, 25]
În figurile 4.24 c) și d) sunt prezentate desenele 2D ale sistemului de fixare al tablei de tip clamp modul 6, rezultând din figură și modul de fixare pe structura suportului central printr-o vedere din lateral, de unde se observă poziția închisă prin care se fixează tabla, fiind reprezentată și traiectoria curbei de mișcare a elementului de fixare mobil.
c)
Fig 4.24. c) Desen 2D al sistemului modular de prindere fixare 6 a elementelor de caroserie. Vedere din lateral
d)
Fig 4.24. d) Model 2D al sistemului modular de prindere fixare 6 a elementelor de caroserie. Vedere de sus
În figurile 4.25 a) este prezentat modelul 3D al unui sistem de fixare al tablei de tip clamp numerotat cu nr. 7, rezultând din figură și modul de fixare pe structura suportului central, iar în figura 4.25 b) este prezentat modelul fizic utilizat al unui sistem de fixare al tablei de tip clamp modular tipizat nr 7.
a)
b)
Fig. 4.25. a), b) Model 3D și model fizic existent al dispozitivului modular de fixare 7 a elementelor de caroserie [7, 25]
În figurile 4.25 c) , d) și e) sunt prezentate desenele 2D ale sistemului de fixare al tablei de tip clamp rezultând din figură și modul de fixare pe structura suportului central o vedere din lateral de unde se observă poziția închisă prin care se fixează tabla, fiind reprezentată și traiectoria curbei de mișcare a elementului de fixare mobil 7.
c)
Fig. 4.25. c) Desen 2D al dispozitivului modular de prindere fixare 7 a elementelor de caroserie
d)
Fig. 4.25. d) Desen 2D al dispozitivului modular de prindere fixare 7 a elementelor de caroserie
e)
Fig. 4.25. e) Desen 2D al dispozitivului modular de prindere fixare 7 a elementelor de caroserie.Vedere din D
În figurile 4.26. a) b) și c) sunt reprezentate grafic, sistemele de fixare ale tablei de către modulele de fixare 6 și 7, ceea ce presupune echiparea individuală a fiecărui clamp cu câte două repere conjugate numite NC-uri.
Aceste repere de contact sunt denumite astfel, datorită faptului că se manufacturează după un program, realizat pe mașini unelte cu comenzi numerice, de tip CNC, în urma prelucrării pe aceste mașini, rezultă forma lor geometrică conjugată și valorile coordonatele, reprezentând negativul modelului 3D al elementului caroseriei, în zona de contact.
Gripperele realizate din elemente constructive modulare utilizate în sistemele de fabricație a caroseriilor auto pe linii de fabricație robotizate, performează în operații de manipulare a unor repere și subansamble din structura caroseriilor auto.
Concepția și execuția unor astfel de grippere de manipulare este absolut necesară la intrarea în producția de serie a unui nou model de caroserie, contribuind prin performanțele tehnice obținute la eliminarea din circuitul de manipulare a acestor repere a operatorului uman, acestuia revenindu-i sarcina de a urmării ciclul robotizat de preluare a piesei de tablă efectuată de roboți și efectuarea controlului de calitate al acesteia conforme specificațiilor de calitate. Greutatea dispozitivului de prehensiune realizat din astfel de elemente tipizate, impreună cu subansamblul de table manipulate, nu trebuie să depășească greutatea pe care robotul ales o poate manipula.
a)
b)
c)
Fig. 4.26. a) , b), c) Desenele 2D ale formei geometrice și coordonatele, reprezentând negativul modelului 3D al elementului caroseriei în zonele de fixare ale modulelor 6 și 7
4.4. Optimizarea funcționării sistemelor de centrare și fixare ale dispozitivului de prehensiune modular
Sistemele de fixare a tablei presupune echiparea individuală a fiecărui clamp cu câte două repere conjugate numite NC-uri.
Aceste repere de contact sunt denumite astfel, datorită faptului că se manufacturează după un program, realizat pe mașini unelte cu comenzi numerice, de tip CNC.
În urma prelucrării pe aceste mașini, forma lor geometrică rezultată, reprezintă negativul modelului 3D al elementului caroseriei, în zona de contact. Reglajul pozițiilor acestor perechi, este foarte important din punct de vedere funcțional, se face prin măsurarea coordonatelor, această procedură presupune o precizie de măsurare înaltă, realizată cu aparate de măsură cu laser.
Proiectantul și constructorul are în vedere accesul cu dispozitivele de măsură pentru punctele de control, indiferent că sunt materializate doar de suprafețe și găuri prelucrate precis.Pentru ca elementele de centrare și fixare ale gripperului, care au contact cu tabla să realizeze o precizie ridicată, vor fi măsurate cu laserul FARO, iar în urma măsurări, se va face reglajul (se adaugă sau se va lua) din pachetul de cale de reglaj.
Pachetul este compus din mai multe cale cu grosimi cuprinse între 0,25 – 20 mm.
Precizia de execuție și montaj a elementelor (și a întregului gripper) se verifică prin intermediul punctelor de control (pentru elementele de fixare și orientare).
În cazul gripperului nostru repetabilitatea constă în procesul de verificare a prehensării elementelor manipulate, având ca scop manipularea precisă a unui produs interschimbabil.
Repetabilitatea se execută după efectuarea controlului geometric ca o ultimă etapă înainte de începerea manipulării primelor serii de elemente de caroserie .
Forța de strângere realizată de un a sistem de fixare de tip clamp V40, este de 120 Nm, greutatea sa este aproximativ 2 kg, lungime 235,5 mm, lățime 83 mm, înălțime 50 mm. Calculul greutății cu care clampul poate fi încărcat se face după grafice puse la dispoziție de către producatorul acestora.
În figura 4.27 -4.28 sunt reprezentate grafic variația forței de strângere realizată de un sistem de fixare modular de tip clamp V40 și V63.
Fig. 4.27. Graficul variației forței de strângere realizată de un sistem de fixare modular de tip clamp V40. [9]
Fig. 4.28. Graficul variației forței de strângere realizată de un sistem de fixare modular de tip clamp V63. [9]
În figura 4.29 este reprezentată scgematic și sub formă de tabel, respectiv reprezentare grafică variația forței de strângere realizată de un sistem de fixare modular de tip clamp V40.
Fig.4.29. Reprezentarea grafică a forței de strângere realizată de un sistem de fixare de tip clamp V40 [9]
În figura 4.30 este reprezentat sub formă grafică a greutății sarcinii data de un a sistem de fixare tip clamp V40 iar în figura 4.31 este reprezentată schematic și sub formă de tabel cu valori a greutății sarcinii date de diferite sisteme de fixare tip respectiv, în figura 4.32 este prezentată reprezentarea grafică a variatiei presiunii în funcție de unghiul de deschidere
Fig.4.30. Reprezentarea grafică a greutății sarcinii dată de un a sistem de fixare de tip clamp V40 [9]
Fig.4.31. Tabel cu valori a greutății sarcinii date de diferite sisteme de fixare de tip clamp [9]
Fig.4.32 Reprezentarea grafică a variației presiunii în funcție de unghiul de deschidere a clampului [9]
CAPITOLUL 5
ELEMENTE PNEUMATICE DE ACȚIONARE A DISPOZITIVULUI DE PREHENSIUNE
5.1. Noțiuni introductive privind sistemele pneumatice [16]
Sistemele pneumatice sunt instalații de putere ce utilizează aerul comprimat ca și agent de lucru pentru transmiterea energiei mecanice. Compresorul convertește energia mecanică în energie potențială a aerului comprimat. Această transformare, facilitează transmiterea și controlul puterii. Înainte de utilizare, aerul comprimat trebuie să fie filtrat, dezumidificat și amestecat cu vapori de lubrifiant. Aerul comprimat este stocat în acumulatori și transmis prin conducte sau furtune flexibile. Puterea pneumatică este controlată prin supape de presiune, regulatoare de debit și distribuitoare. La final, energiea pneumatică este reconvertită în energie mecanică prin intermediul motoarelor sau a cilindrilor pneumatici.
5.1.1.Acționarea pneumatică a dispozitivelor de prehensiune asigură energia motoare necesară, prin componentele energetice ale aerului comprimat, debitul Q și presiunea p.Pentru corelarea permanentă a celor două energii, sistemul de acționare pneumatic trebuie să conțină elemente pneumatice care să realizeze un control și un reglaj permanent al celor doi parametri energetici pneumatici. Structural un sistem pneumatic este un ansamblu coerent de elemente pneumatice și mecanice care realizează, prin intermediul actuatoarelor (elementelor de execuție–motoarelor pneumatice), o succesiune de mișcări după o lege prestabilită, punând astfel în funcțiune, în mod interdependent, diferite organe de lucru ce efectuează operații mecanice.
În figura 5.1, este prezentată o imagine, reprezentând echipamentele pneumatice ale unui dispozitiv de prehensiune modular tipizat asemănător cu cel prezentat în proiectul de diplomă.
Fig 5.1. Sistemul de acționare pneumatic al unui dispozitiv de prehensiune [7]
Distribuitoarele pneumatice au rolul funcțional de a dirija aerul comprimat pe anumite trasee în funcție de comenzile primite din exterior.
Distribuitoare proporționale sunt elemente de interfață moderne, care realizează modificarea secțiunii de trecere a fluidului (deci a debitului), proporțional cu un semnal electric de intrare.Cu aceste echipamente pot fi comandate precis și continuu vitezele unei acționări fluidice. Apariția și dezvoltarea acestor echipamente de tip servovalve și distribuitoare proporționale a condus la apariția și dezvoltarea „tehnicii proporționale” în acționările fluidice. Aceste echipamente, sunt frecvent utilizate în acționarea și comanda fluidică a roboților industriali, unde se necesită viteze variabile ale cuplelor cinematice, respectiv forțe variabile ale, efectorului final. În figura 5.2 a) și b) prezentate mai jos, sunt prezentate două imagini, ale construcției dispozitivului de prehensiune prezentat în cadrul proiectului de diplomă, care cuprinde mai multe tipuri de echipamente pneumatice tipizate, constituind prin legăturile după o anumită schemă pneumatică, sistemul pneumatic de acționare.
Totalitatea acestor echipamente poziționate și fixate corespunzător pe structura dispozitivului de prehensiune, asigură prin sistemul de comandă al robotului, comandarea pozițiilor distribuitoarelor clasice sau proporționale, pe baza unui program de lucru, în scopul realizării operațiilor de centrare și fixare prindere a obiectului manipula, respectiv desprinderea obiectului manipulat, după încheierea operației de manipulare a obiectului și depunerea acestuia în dispozitivul de prindere al stației de lucru robotizată, unde se realizează anumite operații de sudare în puncte,sau alte operații robotizate.
b)
Fig 5.2. a), b) Sistemul de acționare pneumatic realizat din elemente pneumatice tipizate, pozate pe structura dispozitivului de prehensiune [7]
5.1.2. Intocmirea schemei de acționare pneumatică a dispozitivului de prehensiune proiectat
În continuare, mi-am propus să realizez o schema pneumatică de acționare a celor patru sisteme pneumatice de fixare de tip clamp, respectiv a sistemului pneumatic mobil de centrare, de tip pin. Pentru a realiza acestă schema pneumatică am utilizat programul de proiectare Fluidsim,schema este prezentată în figura 5.3. demai jos.
Fig 5.3. Schemă de acționare pneumatică a dispozitivului de prehensiune
În continuare sunt prezentate, etapele funcționării dispozitivului de prehensiune, astfel în schemele pneumatice prezentate în figura 5.4. a), b), c), d), în ordinea comenzilor realizate prin program PLC, și memorate în sistemul de conducere.
În prima fază se comandă prin distribuitor, deplasarea pinului central mobil, situat în partea dreaptă a dispozitivului de prehensiune, acesta asigură alături de pinul fix din stânga, centrarea subansamblului de tip lunetă, anulând cinci grade de libertate.
Această fază a schemei pneumatice este prezentată în figura 5.4. a).
Fig 5.4. a) Schema pneumatică de centrare a pinului dispozitivului de prehensiune
În a doua fază se comandă prin cele patru distribuitoare de tip D 4/3, deplasarea tijei centrale a cleampului, situate simetric pe structura dispozitivului de prehensiune. Acestea asigură fixarea simultană în patru puncte a, subansamblului de tip lunetă.Această fază a schemei pneumatice este prezentată în figura 5.4. b).
Fig 5.4. b) Schema pneumatică de fixare a reperului manipulat de dispozitivul de prehensiune
În faza a treia de lucru după finalizarea operației de manipulare, pentru a desprinde piesa din dispozitivul de prehensiune, se comandă prin distribuitor poziția căsuței din dreapta, retragerea pinului central mobil.Această fază a schemei pneumatice este prezentată în figura 5.4. c).
Fig 5.4. c) Schema pneumatică de retragere a pinului dispozitivului de prehensiune
În a ultima fază se comandă prin cele patru distribuitoare de tip D 4/3, comutând pozitia distribuitoarelor pe poziția 2 din dreapta acestora, comandă care deplasează tijele centrale ale celor patru clampuri, situate simetric pe structura dispozitivului de prehensiune. Acestă comandă asigură defixarea simultană a, subansamblului de tip lunetă.Această fază a schemei pneumatice este prezentată în figura 5.4. d).
Fig 5.4. d) Schema pneumatică de defixare a reperului manipulat de dispozitivul de prehensiune
5.1.3. Senzori utilizați la construcția dispozitivelor de prehensiune modulare
Senzorii utilizați pentru echiparea dispozitivelor de prehensiune modulare sunt senzori de proximitate, senzori tactili și senzori de alunecare și senzori pneumatici.
Senzori de proximitate acești senzori sunt destinați percepției stimulilor externi efectorului final, care provin de la distanță mică sau medie, în vederea localizării pieselor, poziționării efectorului final sau evitării obstacolelor în timpul manipulării piesei prehensate. Principalele forme de energie folosite pentru realizarea senzorilor de proximitate sunt: energia electrică pentru senzori inductivi, capacitivi cu traductoare Hall; energia magnetică pentru senzori magnetici; energia radiantă pentru senzori radiometrici; energia luminoasă pentru senzori optici, energia sonoră pentru senzori cu sunete și ultrasunete și energia pneumatică pentru senzori pneumatici. În figura 5.5 a), se prezintă modul de poziționare și montarea unui senzor de proximitate, utilizat în mod obligatoriu în zonele uniturile de centrare de tip pini și a celor de fixare din categoria clamp. Proiectantul concepe și echipează gripperul cu senzori, rolul acestora este de a sesiza prezenta tablei manipulate.
Senzorii folosiți sunt senzori de proximitate iar, numărul lor este ales în funcție de forma și mărimea și greutatea tablei. Dacă construcția modulară a gripperului permite, senzorii vor fi poziționati cât mai aproape de pini de centrare sau de sistemele de fixare de tip clamp. Din imaginea prezentată în figura 5.5 b), se poate observa conexiunile electrice și informaționale care fac legătura între sistemul senzorial, sistemul de comandă al aparaturii pneumatice și sistemul de comandă și conducere al robotului industrial.
a) b)
Fig 5.5.a), b) Senzor de proximitate, poziționat pe structura dispozitivului de prehensiune, mod de interfațare cu sistemul de conducere al robotului [8]
În figura 5.6, se prezintă modul de poziționare și montare a celor doi senzori de proximitate, utilizați în zonele uniturile de centrare de tip pini și a celor de fixare din categoria clamp, din construcția ansamblului dispozitivului de prehensiune. Astfel se impune ca proiectantul să conceapă și să echipeze gripperul cu senzori, rolul acestora este de a sesiza prezenta tablei manipulate.
Fig 5.6. Senzori de proximitate, poziționați pe structura dispozitivului de prehensiune
Senzorii folosiți sunt senzori de proximitate iar, numărul lor este ales în funcție de forma, mărimea și greutatea tablei. Dacă construcția modulară a gripperului permite, senzorii vor fi poziționati cât mai aproape de pini de centrare sau de sistemele de fixare de tip clamp.
Din desenele 2D prezentate în figurile 5.7 a) și b), se poate observa, modul de legătură a unui senzor de proximitate, de structura suportului central.
Fig 5.7. a) Desen 2D a senzorului de proximitate, poziționat pe structura suportului central.
Vedere de sus
Fig 5.7. b) Desen 2D a senzorului de proximitate, poziționat pe structura suportului central.
Vedere de sus
Senzorii inductivi utilizați în mod frecvent la dispozitivele de prehensiune pneumatice de tip clamp, pentru reglarea cursei tijei pistonului, respectiv a unghiului de deschidere a brațului. În figura 5.8. se prezintă o vedere din care rezultă elementele componente ale unui clamp.
Fig 5.8. Model 3D a elementelor componente ale unui clamp.
Pentru a regla cursa de lucru a tijei pistonului, pozițiile, închis deschis, în funcție de unghiul dorit, max 1350 se necesită reglaje atât mecanice câr și reglarea pozițiilor senzorilor inductive cu rol de limitatori de cursă. În figurile 5.9. a),b) și c) sunt prezentate prin detalii, pozițiile, pârghiilor închis deschis.
b)
c)
Fig 5.9. a),b) ,c) Detalii, ale pozițiilor, pârghiilor închis deschis
Pentru a regla cursa de lucru a tijei pistonului, pozițiile, închis deschis, în funcție de unghiul dorit, se necesită reglarea pozițiilor senzorilor inductive cu rol de limitatori de cursă.
În figurile 5.10. a),b) și c) sunt prezentate prin detalii, reglarea pozițiile, senzorilor inductivi de tip limitatori de cursă.
b)
c)
Fig 5.10. a),b) ,c) Detalii, ale reglării pozițiilor, senzorilor
5.2. Concluzii privind proiectarea și construcția dispozitivului de prehensiune realizat din din elemente constructive tipizate
Dispozitivele de prehensiune, realizate din elemente constructive modulare tipizate utilizate în sisteme de fabricație a caroseriilor robotizate, performează în operații de manipulare a unor repere și subansamble din structura caroseriilor auto, în cazul nostru, la manipularea reperului de tip lunetă.
Concepția de proiectare și execuția unor astfel de dispozitive de prehensiune de manipulare este absolut necesară la intrarea în producția de serie a unui nou model de caroserie, contribuind prin performanțele tehnice obținute la eliminarea din circuitul de manipulare a acestor repere a operatorului uman, acestuia revenindu-i sarcina de a urmării ciclul robotizat de preluare a piesei de tablă efectuată de roboți și efectuarea controlului de calitate al acesteia conforme specificațiilor de calitate.Greutatea gripperului realizat din astfel de elemente tipizate, împreună cu subansamblul de table manipulate, nu trebuie să depășească greutatea pe care robotul ales o poate manipula.Pentru aceasta se fac încă din faza de proiectare calcule, utilizând programul special concepute de firma de specialitate cu tradiție în domeniu precum Kuka Load Calculation.
Bibliografie
[1.] – Asimov I.: "Eu, robotul"- Ed. Teora, București, 1994;
[2.] – *** "Catalog Industrieroboter Kuka";
[3.] – *** "Catalog FIBRO GmbH – Fibromanta. Handhabungstechnik";
[4.] – *** "Catalog SCIAKI" – Franța;
[5.] – *** "Catalog COMAU" – Franța;
[6.] – *** "Catalog FESTO Pneumatic, Automatizarea cu ajutorul pneumaticii. 2018;
[7.] – *** "Catalog TUNKERS CLAMPS 2018;
[8.] – *** "Catalog NORGREN TOOLING 2018;
[9.] – *** "Catalog TUNKERS CLAMPS 2018;
[10.] – *** "Catalog SET MODULAR (WWW.CARRLANE.COM)
[11.]– Ispas V. : „Roboți pentru aplicații speciale”, Ed. Dacia, Cluj- Napoca, 1999
[12.] – Kovacs F., Varga Ș., Pau V. : "Introducere în robotică" – Ed. Printech 2000, București, 2000.
[13.] – Kovacs F., Tripe Vidican A. Țarcă, R .C ș.a. : "Sisteme de fabricație flexibile, Editura Universității din Oradea 1999;
[14.] – Pop M, T. : "Proiectarea asistată de calculator ", Universitatea din Oradea 2010.
[15.] – Pater S. : "Toleranțe și control dimensional ", Universitatea din Oradea 2010.
[16.] -Tocuț, P. D. Dispozitive de prehensiune vacuumatice .Optimizare constructiv funcțională .Universitatea din Oradea 2008.
[17.] – Tocuț, P. D Tripe Vidican A. : "Dispozitive pentru sisteme de fabricație Ed. Universității din Oradea, 2008;
[18.] – Țarcă, R .C Introducere în robotică. Editura Universității din Oradea 2008.
[19.] – Țarcă, R .C ș.a. Senzori și traductoare. Editura Universității din Oradea 2005.
[20.] – Vesselenyi T. Comanda și conducerea roboților industriali. Editura Universității din Oradea 2007.
[21.] http://www.youtube.com/watch?v=W49Z67WRszg
[22.] http://www.youtube.com/watch?v=IRLVcmqfJeQ
[23.] *** Program de proiectare Catia 5
[24.] *** Program de proiectare Autocad 2018
[25.] Standard NAAMS 2018
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Proiect de Diplomă [309380] (ID: 309380)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.