Proiect Diploma Doblea Raul 841 [308826]

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI TEHNOLOGICĂ

DOMENIUL MECATRONICĂ ȘI ROBOTICĂ

PROGRAMUL DE STUDIU ROBOTICĂ

FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT: ÎNVĂȚĂMÂNT CU FRECVENȚĂ

PROIECT DE DIPLOMĂ

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC

Prof.dr.ing. Vesselenyi Tiberiu

ABSOLVENT: [anonimizat]

2020

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI TEHNOLOGICĂ

DOMENIUL MECATRONICĂ ȘI ROBOTICĂ

PROGRAMUL DE STUDIU ROBOTICĂ

FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT: ÎNVĂȚĂMÂNT CU FRECVENȚĂ

Programarea și simularea unui robot pentru aplicarea de mastic pentru parbrize auto

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC

Prof.dr.ing. Vesselenyi Tiberiu

ABSOLVENT: [anonimizat]

2020

Figura 1 Părțile componente ale mecatronicii 4

Figura 2 Robotică 5

Figura 3 Roboți educativi 8

Figura 4 Roboți medicali 1 9

Figura 5 Roboți medicali 2 9

Figura 6 Roboți medicali 3 11

Figura 7 Asistent virtual 12

Figura 8 Structura RI 15

Figura 9 Elementele componente ale unui robot industrial 16

Figura 10 Robot Liniar 17

Figura 11 Spațiul de lucru al robotului cartezian 17

Figura 12 Robot cartezian 18

Figura 13 Robot Cilindric 19

Figura 14 Robot Cilindric 2 19

Figura 15 Spațiul de lucru al robotului cilindric 20

Figura 16 Robot Sferic 21

Figura 17 Spațiul de lucru al robotului sferic 21

Figura 18 Roboți sferici 22

Figura 19 Robot SCARA 22

Figura 20 Exemple de cuple al roboților 23

Figura 21 Statie de sudură in puncte robotizată 24

Figura 22 Roboți de sudură cu laser 24

Figura 23 Robot de sudură cu arc electric 25

Figura 24 Robot de asamblare automat cu 6 grade de libertate 26

Figura 25 Linie de asamblare robotizată 26

Figura 26 Linie de asamblare robotizată 2 27

Figura 27 Manipularea pieselor metalice turnate 27

Figura 28 Manipularea materialelor plastice 28

Figura 29 Sistem robotizat de debavurare 28

Figura 30 Sistem robotizat de debavurare 2 29

Figura 31 Robot de paletizare a sticlelor 29

Figura 32 Robot de palitezare 30

Figura 33 Robot vopsitor 30

Figura 34 Robot vopsitor Kuka 31

Figura 35 Robot de vopsire 31

Figura 36 Robot de control video 32

Figura 37 Schema bloc a unui sistem de acționare a unui robot 33

Figura 38 Tipuri de acționări electrice ale R.I. 35

Figura 39 Tipuri de conducere a robotului 36

Figura 40 Programe de tip punct cu punct 38

Figura 41 Secvențe la comanda de tip multipunct 39

Figura 42 Exemplu de programare în RobotStudio 40

Figura 43 ABB IRB 910SC 41

Figura 44 Spațiul de lucru a robotului ABB IRB 910SC/0.45 42

Figura 45 Performanța robotului ABB IRB 910SC/0.45 42

Figura 46 Alte date caracteristice a robotului ABB IRB 910SC/0.45 43

Figura 47 Funcțiile dispozitivului de prehensiune 43

Figura 48 Dispozitiv de prehensiune cu degete articulate 44

Figura 49 Dispozitiv de prehensiune cu vid 45

Figura 50 Manipularea sticlei în industria auto 46

Figura 51 Parbriz 47

Figura 52 Forma parbrzului 48

Figura 53 Lățimea parbrizului 48

Figura 54 Lungimea parbrizului 49

Figura 55 Grosimea parbrizului 49

Figura 56 Conveior 50

Figura 57 Suportul parbrizului 50

Figura 58 Dispersul de mastic 51

Figura 59 Regulatorul de presiune a masticului 52

Figura 60 ABB IRB 1600-10/.1.45 53

Figura 61 Specificațile robotului 53

Figura 62 Informații tehnice ale robotului 54

Figura 63 Mișcarea robotului 54

Figura 64 Viteza maximă a fiecarei axe a robotului 55

Figura 65 Spațiul de lucru a robotului 55

Figura 66 Controlerul IRC5 56

Figura 67 Gard de protecție simulat în RobotStudio 56

Figura 68 Inițierea stației 57

Figura 69 Încărcarea robotului 57

Figura 70 Amplasarea controlerului 58

Figura 71 Amplasarea sistemului de transfer 58

Figura 72 Amplasarea suportului și a parbrizului 59

Figura 73 Amplasarea sistemului de transfer 2 59

Figura 74 Amplasarea suportului și a parbrizului 2 60

Figura 75 Amplasarea sistemului de dozare a masticului 60

Figura 76 Diuza masticului 61

Figura 77 Planul de amplasament 61

Figura 78 Setarea traiectoriei robotului 62

Figura 79 Setarea punctelor țintă 62

Figura 80 Setarea punctelor țintă 2 63

Figura 81 Setarea punctelor țintă 3 63

Scopul lucrării

Lucrarea are ca scop realizarea programării și simulării unui robot industrial pentru aplicarea de mastic pentru parbrize auto, studiind bazele teoretice ale dinamicii roboților industriali și optimizând performanțele unui sistem robotizat de manipulare.

Introducere

Mecatronică și Robotică

Mecatronică

Termenul "mecatronică" a fost utilizat pentru prima dată în anul 1975 de către concernul japonez Yaskawa Electric Corporation , fiind o prescurtare a cuvintelor Mecanică-Electronică-Informatică.

La început, mecatronică a fost înțeleasă ca o completare a componentelor mecanicii de precizie, aparatul de fotografiat cu bliț fiind un exemplu clasic de aplicație mecatronică.

Cu timpul, noțiunea de mecatronică și-a schimbat sensul și și-a extins aria de definiție: mecatronica a devenit știința inginerească bazată pe disciplinele clasice ale construcției de mașini, electrotehnicii, electronicii si informaticii. Scopul acestei științe este îmbunătățirea funcționalității utilajelor și sistemelor tehnice prin unirea disciplinelor componente într-un tot unitar[1].

Totuși, mecatronica nu este același lucru cu automatica sau cu automatizarea producției. Aceștia sunt termeni care apar și în afara domeniului mecatronicii, dar sunt și incluși în el. Mecatronica poate fi definită ca o concepție inovatoare a tehnicii de automatizare pentru nevoile ingineriei și educației.

Mecatronica s-a născut ca tehnologie și a devenit filosofie care s-a răspândit în întreaga lume. În ultimii ani, mecatronica este definită simplu: știința mașinilor inteligente.

W.Bolton definește mecatronica ca ”Un sistem mecatronic nu este doar o căsătorie a sistemelor electrice și mecanice și este mai mult decât un simplu sistem de control; este o integrare completă a lor”. Componentele mecanice, electrice, electronice și IT ar trebui luate în considerare împreună în etapa de proiectare pentru a obține un produs compact, eficient și economic, mai degrabă decât pentru a proiecta separat componentele. Un inginer mecatronic trebuie să fie capabil să proiecteze și să selecteze dispozitive mecanice, senzori și actuatori, circuite analogice și digitale, componente bazate pe microprocesor și dispozitive de control, cum ar fi porțile logice pentru a proiecta sisteme moderne.

Ca o concluzie, se poate spune, că mecatronica este o sferă interdisciplinară a științei și tehnicii care se ocupă în general de problemele mecanicii, electronicii și informaticii. Totuși, în ea sunt incluse mai multe domenii, care formează baza mecatronicii și care acoperă multe discipline cunoscute, cum ar fi: electrotehnica, energetica, tehnica de cifrare, tehnica microprocesării informației, tehnica reglării și altele. [2]

Figura Părțile componente ale mecatronicii

Robotică

Robotica este știința care se ocupă cu tehnologia, proiectarea și fabricarea roboților. Robotica necesită cunoștințe de electronică, mecanică și programare, iar persoana care lucrează în acest domeniu a ajuns să fie cunoscută ca robotician sau inginer în robotică. Denumirea de robot a fost introdusa pentru prima oara de către Karel Čapek în anul 1921 în lucrarea sa "Roboții universali ai lui Rossum", în 1921 plecând de la cuvântul ROBOTA, muncă, activitate de rutina, preluat de către Isaac Asimov, în povestirea științifico-fantastică "Fuga în cerc" (1941). Robotii sunt mecanisme care îndeplinesc diferite sarcini, singure.

Roboții sunt realizați mai ales prin combinația disciplinelor: mecanică, electrotehnică și informatică. Între timp s-a creat din legătura acestora mecatronica. Pentru realizarea de sisteme autonome (care să găsească singure soluții) este necesară legătura a cât mai multor discipline de robotică. Aici se pune accent pe legătura conceptelor de inteligență artificială sau neuroinformatică (parte a informaticii) precum și idealul lor biologic biocibernetică (parte a biologiei). Din legătura între biologie și tehnică s-a dezvoltat bionica.

Cele mai importante componente ale roboților sunt senzorii, care permit mobilitatea acestora în mediu și o dirijare cât mai precisă. Un robot nu trebuie neapărat să poată să acționeze autonom, fapt pentru care se distinge între roboții autonomi și cei teleghidați. [2]

Tipuri de roboți:

Robot mobil

Robot autonom

Robot umanoid

Robot industrial

Robot explorator

Robot pășitor

Robot militar

Robot aerospațiali

Robot de consum

Figura Robotică [2]

1.1.3 Clasificarea roboților

Roboți aerospațiali – Aceasta este o categorie largă care include tot felul de roboți zburători cum ar fi SmartBird pescărușul robot și drona de supraveghere Raven, de exemplu , dar și roboți care pot opera în spațiu, cum ar fi Marte-rovers și Robonautul NASA, umanoidul care a zburat la Stația Spațială Internațională și acum este înapoi pe Pământ.

Roboți de consum – Sunt roboți pe care îi puteți cumpăra și utiliza doar pentru distracție sau pentru a vă ajuta cu diferite sarcini și treburi. Exemple sunt câinele robot Aibo, aspiratorul Roomba, asistenții robotului AI și o varietate din ce în ce mai mare de jucării și truse robotice.

Roboți folosiți la dezastre – Acești roboți îndeplinesc slujbe periculoase precum căutarea supraviețuitorilor după o situatie de urgență. De exemplu, după ce un cutremur și un tsunami au lovit Japonia în 2011, Packbots au fost folosiți pentru a inspecta daunele la centrala nucleară Fukushima Daiichi.

Drone – Numite și vehicule aeriene fără pilot, dronele au dimensiuni diferite și au niveluri diferite de autonomie. Printre exemple se numără celebrele serii Phantom ale DJI și Anafi ale lui Parrot, precum și sistemele militare precum Global Hawk, utilizate pentru supravegherea de lungă durată.

Roboți educativi – Această categorie largă se adresează viitoarei generații de roboți, pentru utilizare la domiciliu sau în sălile de clasă. Include seturi programabile hands-on de la Lego, imprimante 3D cu planuri de lecții și chiar roboți profesori precum EMYS.

Roboți de divertisment – Acești roboți au rolul de a evoca un răspuns emoțional și de a ne face să râdem sau să ne simțim surprinși sau înfricoșați. Printre aceștia se numără RoboThespian, robotul comediant, roboții din parcurile tematice Disney, cum ar fi Navi Shaman, precum și roboți cu înclinații muzicale ca Partner.

Exoschelete robotizate – Pot fi utilizate pentru reabilitarea și recuperarea fizica a pacientilor paralizati. Unele exoschelete robotice au aplicații industriale sau militare, oferind purtătorului un plus de mobilitate, rezistență sau capacitate de a transporta sarcini grele.

Roboți umanoizi – Acesta este probabil tipul de robot la care se gândesc majoritatea oamenilor atunci când se gândesc la un robot. Exemple de roboți umanoizi includ Asimo Honda, care are un aspect mecanic și, de asemenea, androizii precum seria Geminoid, care sunt conceputi pentru a arăta ca oamenii.

Roboți industriali – Robotul industrial tradițional este format dintr-un braț manipulator conceput pentru a îndeplini sarcini repetitive. Un exemplu este Unimate, bunicul tuturor roboților din fabrici. Această categorie include, de asemenea, sisteme precum roboții de depozitare Amazon și roboții de fabrică colaborativi care pot opera alături de lucrătorii umani.

Roboți medicali – Roboții medicali și de îngrijire a sănătății includ sisteme precum robotul chirurgical daVinci, protezele bionice, precum și exoscheletele robotice. Un sistem care s-ar putea încadra în această categorie, dar nu este un robot, este Watson, supercomputerul IBM care răspunde la întrebări, si care a fost utilizat în aplicațiile de asistență medicală.

Roboți militari și de securitate – Includ sisteme la sol precum Endeavour Robotics 'PackBot, utilizate în Irak și Afganistan pentru a cerceta dispozitive explozive improvizate, și BigDog, conceput pentru a ajuta trupele în transportul echipamentelor grele. Roboții de securitate includ sisteme mobile autonome precum Cobalt.

Roboți folosiți în cercetare – Marea majoritate a roboților de astăzi sunt născuți în universități și laboratoare de cercetare corporativă. Deși acești roboți pot fi capabili să facă lucruri utile, aceștia au în principal scopul de a ajuta cercetătorii să facă cercetări. Deci, deși unii roboți se pot potrivi cu alte categorii descrise aici, ei pot fi numiți și roboți de cercetare.

Mașini autonome – Mulți roboți se pot conduce în jurul lor, iar un număr tot mai mare dintre ei vă pot conduce acum și pe dumneavoastra. Vehiculele autonome timpurii le includ pe cele construite pentru competițiile de vehicule autonome ale DARPA și, de asemenea, pionierul de la Google, care conduce autovehiculul Toyota Prius, ulterior a fost conceput pentru a forma Waymo.

Roboți de teleprezență – Iti permit sa fii prezent intr-un loc fara sa mergi acolo. Vă conectați la un robot avatar pe internet și îl conduceți, văzând ce vede el și vorbind cu oamenii. Muncitorii îl pot folosi pentru a colabora cu colegii de la un birou îndepărtat, iar medicii îl pot folosi pentru a verifica pacienții.

Roboți subacvatici – Locul preferat al acestor roboți este în apă. Acestia pot fi niște submersibile care se scufundă în adâncuri precum Aquanaut, ori umanoizi scufundători precum Ocean One , sau niște sisteme inspirate din biologie precum șarpele ACM-R5H. [5]

1.1.4 Aplicații ale roboților

Roboți educativi

Mulți se întreabă care este exact robotica educațională și care sunt aplicațiile sale în clasă? Ea depășește cu mult crearea de roboți și programarea lor, dar încurajează gândirea logică, rezolvarea problemelor și munca în echipă prin resurse tehnologice. Au dobândit suficiente cunoștințe pentru a programa o pagină web, a crea aplicații mobile, a proiecta jocuri pe calculator, a intra în robotică și a gestiona imprimarea 3D, pe lângă promovarea autonomiei de învățare, a lucrului în echipă și a expoziției publice a proiectelor.

În viitor, elevii de liceu vor fi introduși în Arduino, care combină electronica și programarea pentru a dezvolta mai multe proiecte, fie că sunt sisteme de automatizare a casei. Apoi, desigur, robotul NAO iese în evidență ca un instrument educațional, cu o mare curbă de învățare, care variază de la copii la cercetări universitare. [3]

Figura Roboți educativi

Inteligența Artificială va personaliza complet procesul de predare, ajutând fiecare elev în zonele în care are nevoie cel mai mult.

Aparatele auditive virtuale de imersiune pot fi utilizate pentru a crește eficacitatea învățării, precum și noile tehnologii, cum ar fi stimularea curentului direct, care pot ajuta elevii să memoreze conținutul cu până la 40% mai repede.

Roboții sunt capabili să facă multe lucruri mai rapid, mai eficient, neobosit și în general mai bine decât modul în care oamenii le fac. Cu toate acestea, există un lucru pe care încă nu îl mai stăpânesc, acel lucru este traducerea limbii. [3]

Robotica medicală

Roboții sunt o parte în creștere rapidă a peisajului modern de îngrijire a sănătății. Istoria roboților în medicină datează din 1985, când un braț robotizat numit Puma a ajutat la o operație pentru prima data. Operația neurochirurgicală a fost un succes complet. Unii dintre roboții de îngrijire medicală de astăzi fac ca Puma să arate puțin primitiv, prin comparație. Avansul tehnologiilor de control a senzorilor și mișcărilor a făcut ca roboții să fie mai preciși și mai autonomi ca oricând. Sunt capabili să nu fie doar ajutați, ci și să efectueze ei înșiși intervenții chirurgicale complexe. Alți factori de piață ai inovațiilor robotice în domeniul sănătății includ conceperea de noi modele de îngrijire pentru o populație mare care îmbătrânește rapid oferind îngrijiri de înaltă calitate pe piețele noi și subestimate într-un mod rentabil.

Figura Roboți medicali 1

Figura Roboți medicali 2 [13]

Există mai multe oportunități și beneficii cheie pentru furnizorii de servicii medicale și pacienți atunci când roboții devin parte a serviciilor oferite. Aceste avantaje includ asistență sau confort pacienților sau vizitatorilor; elimină erorile umane în procedurile delicate, cu risc ridicat; reduc timpul necesar pentru intervenții chirurgicale; îmbunătățesc timpul de recuperare a pacientului; scurtează șederile la spitale; creează tratamente direcționate și personalizate;

Având în vedere aceste avantaje unice, să analizăm câteva cazuri de utilizare a roboților din domeniul sănătății care există astăzi sau sunt foarte aproape de a ajunge pe piață. La începutul anului 2019 s-a văzut primul caz documentat al unui chirurg care a efectuat o intervenție chirurgicală la distanță folosind asistență robotizată și o conexiune la internet 5G. Chirurgia la distantă nu a fost posibilă cu tehnologii de conectivitate de generație anterioară, deoarece doar 5G are latența scăzută necesară pentru a menține paritatea între mișcările chirurgului și brațul robot. În anii următori acest model va îmbunătăți și mai mult pe măsură ce tehnologiile cerute îmbătrânesc. Acesta include conectivitatea 5G, care nu este încă disponibilă pe scară largă, și capacitatea roboților de a acționa de propria voință cu o intervenție chiar mai puțin umană. Un candidat care indică calea de urmat este robotul ortopedic de înlocuire a genunchiului Mako Surgical. În cadrul unui pachet relativ portabil, robotul poartă aparatul necesar pentru scanarea computerizată a genunchiului unui pacient, imprimând un model 3D precis al articulației și ajută la planificarea pre-chirurgiei adaptată fiecărui pacient. Robotul are un braț pentru a menține unghiurile și amplasarea instrumentelor chirurgicale precise și pe țintă în toate cele trei dimensiuni de-al lungul operației. Chiar și cele mai avansate sisteme robotizate chirurgicale nu elimină chirurgii umani în întregime, dar beneficiile sistemelor actuale sunt impresionante: chirurgii pot efectua mai multe intervenții chirurgicale în aceeași perioadă de timp ca și până acum, cu rate de succes mai mari.

Figura Roboți medicali 3 [13]

Roboții micro în detectarea și tratamentul bolilor: Trecând de la brațe metalice imense la roboți minusculi de dimensiuni de capsule, care ajută la detectarea și tratarea bolilor. Procedura este cunoscută sub numele de endoscopie capsulată aprovată de FDA cu ani în urmă, dar tehnologia modernă poate îndeplini în sfârșit toate promisiunile sale. Endoscopia capsulată necesită pacientului să înghită o cameră minusculă, astfel încât medicii poate să facă imagini ale tractului digestiv. Această cameră video ajută la descoperirea semnelor de boli sau a altor infecțiuni care necesită o intervenție chirurgicală. Problema cu eforturile existente este că camerele cu capsule se mișcă pe măsură ce corpul pacientului își continuă funcțiile normale. Comunitatea medicală are nevoie de multă vreme de tehnologiile robotizate potrivite pentru a le oferi acestor camere minuscule motilitate, precum și telecomandă, după ce pacientul le-a ingerat. Unele dintre implicațiile acestor roboți micro medicale includ: îndepărtarea plăcii din artere; iau biopsii tisulare; atacă direct tumori canceroase; livrează medicamente exact la zonă necesară a corpului.

Roboți asistenți virtuali

Casele noaste vor avea din ce în ce mai mult o varietate de roboți sau dispozitive bazate pe inteligența artificială. Primul a fost Roomba, care a fost conceput pentru curățarea podelei. Multe persoane dețin deja acest robot și îl folosesc zilnic.

În plus este important să menționăm asistenți virtuali, precum Google Assistant sau Amazon Alexa, care răspund la orice întrebări pe care le avem.

Figura Asistent virtual

Așa-numitele boxe inteligente funcționează cu acești asistenți: Google Home folosește Google Assistant, iar Amazon Echo funcționează cu Amazon Alexa. Aceste dispozitive pot fi, de asemenea, conectate la alte persoane din casă, cum ar fi lumini sau echipamente de sunet, fiind capabile să le controleze cu asistentul virtual. Cu toții am auzit despre aprecierile lui Asimo de Honda, de Aibo de la Sony și de înfricoșătorul Sophia care a făcut un turneu în spectacole de noapte din Statele Unite. Acești roboți sunt unii dintre cei mai avansați și cei mai populari în prezent, dar nu neapărat cei mai de remarcat în ceea ce privește funcția.

Pacienții ar putea să vorbească cu un chatbot pentru a descrie simptomele lor și au cazul lor ridicat imediat la un medic real pe baza analizei. În alte cazuri, chatbot-ul ar putea salva pacientul o călătorie la cabinetul medicului, oferind instrucțiuni de îngrijire pentru probleme minore. Conform sondajelor o posibilă majoritate a pacienților sunt dispuși să interacționeze cu AI în aceste scopur. Chatbot-urile au multe de oferit comunității medicale atunci când vine vorba de roluri care se confruntă cu pacienții. Așa cum am menționat, populația lumii îmbătrânește într-un ritm rapid și asta înseamnă că furnizorii de servicii medicale au nevoie din ce în ce mai mult de ajutor pentru a verifica pacienții vârstnici, pentru a îndeplini sarcinile de bază pentru pacienți și pentru a participa la alte sarcini medicale pe măsură ce cresc în centrele de îngrijire sau de reabilitare.

Stadiul actual

Considerații Generale

Roboții nu mai sunt echivalenți cu cyborg-uri, creaturi metalice armate și mașini umane echipate sau autonome. Chiar și termenul Android în zilele noastre este mai des înțeles ca sistemul de operare mobil dezvoltat de Google. Oamenii au trecut de conceptul tipic de robot, deoarece majoritatea sunt deja conștienți de diferitele forme și aplicații ale roboticii.

Robotica nu mai este un simplu subiect al romanelor de science-fiction, filme și emisiuni TV. Aceștia coexistă deja cu oameni în diverse setări, deși nu sub forma poveștilor folosite pentru a le înfățișa.

Mulți chiar cred că au potențialul de a schimba lumea. Robotica va avea un impact remarcabil asupra viitorului nostru în diferite domenii și va deveni în curând o parte importantă a vieții noastre de zi cu zi, și este foarte probabil să se întâmple mai devreme decât credem sau pentru ce putem fi pregătiți.

Roboții schimbă lumea în moduri pozitive.

Este posibil să preia unele locuri de muncă umane, dar creează, de asemenea, o eficiență mai bună care, la rândul său, stimulează activitatea economică, ceea ce generează apoi mai multe oportunități pentru oameni de a găsi modalități de a genera venituri.

Roboți Industriali

2.2.1 Aspecte generale roboților industriali (RI)

Majoritatea roboților industriali utilizează sisteme de control bazate pe computer sau microprocesor care controlează tot robotul. Controalele bazate pe servodirecție utilizează senzori pentru a asigura monitorizarea continuă a activităților și permit ajustări automate în timpul sarcinilor. Alți roboți fără servodirecție sunt controlați prin întrerupători de limitare și dispozitive mecanice, cum ar fi opririle. Roboții pot fi programați să urmeze o anumită cale din plicul de lucru, să călătorească dintr-un punct în altul printr-un traseu care poate varia sau într-o cale continuă de-al lungul mai multor puncte. De obicei roboții sunt programați printr-o tehnică de predare și repetare, în care un programator instruit folosește un dispozitiv de control pentru a ghida manual robotul prin fiecare etapă a sarcinii care va fi efectuată. Acești pași și locațiile fizice corespunzătoare sunt stocate în robot, care apoi le repetă în ordinea corespunzătoare.

Multe aspecte ale proceselor de fabricație au devenit automatizate și robotica joacă un rol important în această automatizare. Exemple dintre care se numără sudarea, asamblarea, vopsirea, transferul de piese și tinderea mașinii.

Procesele de producție devin semnificativ mai eficiente, iar rezultatele devin mai consistente atunci când se utilizează robotica.

Roboții industriali cresc în popularitate. Aproape toate fabricile le au deja și în viitor vor fi pline de roboți muncitori, care vor putea lucra la toate orele fără odihnă, din moment ce nu au nevoie de vacanțe și nici nu se plâng.

Roboții oferă mai multe avantaje. Pentru unul, ei sunt mai exacți și mai consistenți decât oamenii. Precizia și coerența sunt două atribute vitale necesare în fabricație, mai ales când vine vorba de producția în masă. Vă puteți aștepta ca roboții să facă aceeași tăietură repetată sau aceeași aliniere când asamblați ceva. De asemenea, pot finaliza sarcinile considerabil mai rapid. Un alt avantaj, roboții nu se obosesc, astfel încât să îi putem folosi pentru perioade îndelungate și să așteptăm la aceeași calitate a producției. Au unele limitări, cum ar fi se pot supraîncălzi la folosirea non-stop, dar sunt cu siguranță mult superioare muncitorilor umani în ceea ce privește durata muncii și consistența calității. Un alt beneficiu demn de utilizat este faptul că au nevoie doar de o ventilație bună și de o reglare corectă a nivelului de praf și umiditate în mediul de lucru. Nu necesită pauze de masă, încălzire și aer condiționat. Ca atare, acestea sunt mai puțin costisitoare pentru a fi implementate. Ei lucrează cu puțină supraveghere și necesită doar întreținere periodică. Ba mai mult, ei pot efectua sarcini în setări periculoase, cum ar fi manipularea materialelor toxice.

Roboții nu vor prelua slujbele umane cu totul. Beneficiile obținute de la robotică în operațiunile de afaceri pot duce la alte oportunități de muncă pentru oameni. Doar oamenii au nevoie să-și îmbunătățească abilitățile pentru a se califica pentru joburi mai complexe și non-repetitive pe care roboții nu le pot întreprinde. Totuși, alții ar spune că dacă locul de muncă este pierdut, atunci este pierdut.

De asemenea, prețul roboților prezintă un dezavantaj. Roboții nu vin ieftin. Aceștia necesită cheltuieli majore de capital, lucru pe care nu-și pot permite mulți. Întreținerea și reparațiile asociate implică de asemenea, costuri suplimentare.

Întrucât roboții nu pot depăși ceea ce sunt programați să facă. Oricât de mult timp au fost în folosință, ei nu câștigă experiență și nu se transformă în ceva similar cu ceea ce se întâmplă atunci când muncitorii umani sunt promovați în posturi superioare după ce obțin experiență. De asemenea, roboții ar putea să nu funcționeze așa cum este de așteptat. Roboții sunt ajutoare excelente pentru oameni, dar sunt departe de a fi perfecți. Când se încurcă, creează probleme critice, mai ales că sunt deseori folosite în masă în automatizare. Muncitorii umani într-un proces de fabricație au discreția să înceteze să facă ceva dacă observă că ceva nu este corect. Totuși, roboții vor face fără încetare ceea ce sunt programați să facă, cu excepția cazului în care sunt configurați cu senzori complecși și AI pentru a detecta problemele și a răspunde în consecință.

Figura Structura RI [7]

Figura Elementele componente ale unui robot industrial [7]

Mecanismul generator al traiectoriei (MGT): mecanismul format din acele cuple

cinematice care fac posibila deplasarea punctului caracteristic M pe traiectoria

impusa. Pentru generarea traiectoriei T sunt necesare si suficiente 3 grade de

libertate: rotatie in jurul axei Oz; deplasare verticala in lungul axei Oz si o

deplasare radiala in lungul axei x.

Mecanismul de orientare (MO): mecansimul format din cuplele cinematice care asigura orientarea spatiala a obiectului. Mecanismul care realizeaza rotirea dupa x’, y’ si z’ (incheietura palmaantebrat a mainii omului)

Mecanismul de prindere (MP) care asigura prinderea si fixarea obiectului

manipulat, acesta nu au grade de libertate proprii. [7]

2.2.2 Tipuri de roboți industriali

Robotul liniar:

Figura Robot Liniar

Un robot care are actuatoare liniare care cooperează cu motoare liniare legate de o axă liniară este cunoscut sub forma de robot liniar. Această legătură poate fi fixate cu conexiuni flexibile între actuatoare și robot. Motorul liniar este atașat direct de axa liniară. Acești tipi de roboți îndeplinesc de obicei sarcini precum paletizarea, stivuirea, încărcarea și măsurarea coordonatelor. Efectorul Final a acestui robot este conectat îmtr-un mod aerian care permite să se deplaseze ușor de-a lungul planului orizontal. [8]

Figura Spațiul de lucru al robotului cartezian

Figura Robot cartezian

Avantaje:

volum de lucru foarte mare, în comparație cu volumul propriu al robotului dacă cuplele cinematice, pe cel puțin 2 axe, permit deplasări de valori mari

în cazul roboților suspendați, accesul mâinii robotului la posturile de lucru organizate dedesubt este foarte bun, robotul putând servi mult mai multe asemenea posture

simplitatea comenzilor de miscare, a algoritmilor de comanda, a celor de interpolare, precum si simplitatea structuralfunctionala a echipamentului de comanda-programare si celor de interfatare

Dezavantaje:

accesul efectorului final robotului la posturile de lucru ale mașinilor și instalatiilor este pe verticală, de jos în sus și ușor oblic, fapt ce pentru unele procese tehnice este impropriu

structura suspendată gen pod rulant, implică amplasarea locală (suspendată) a unora din echipamentele robotului și difficultăți în alimentarea cu energie, conexiuni electrice, etc.

[1]

Robotul cilindric:

Figura Robot Cilindric

Figura Robot Cilindric 2

Are două articulații prismatice: una rotativă pentru sarcina de poziționare și efectorul robot formoează un spațiu de lucru cilindric. Ideea principal a roboților cilindrici este montarea unui braț orizontal care se mișcă în direcții înainte și înapoi. Brațul orizontal este legat de o trăsură care urcă și coboară și este conectat la baza rotativă. Brațul se poate mișca în direcții între limitele specifice superioare și inferioare. [8]

Figura Spațiul de lucru al robotului cilindric

Avantaje:

accesul mai ușor al efectorului final al robotului în posturile de lucru ce impun accesul lateral

posturile de lucru se pot desfăsura și pe verticală, sens în care se face o utilizare mai economă a suprafeței de producție

în acest tip de coordonate se pot obține structuri mecanice rigide cu precizie bună de poziționare

Dezavantaje:

raportul dintre volumul de lucru și volumul propriu este mai mic decat în cazul roboților în coordonate carteziene

ocuparea unei zone circulare de rază r, din suprafața de producție

flexibilitatea brațului robotului este mai redusa in operatiunile de manipulare ce solicita pozitionari dificile

[1]

Robotul sferic:

Figura Robot Sferic

Acest robot are multe avantaje, cum ar fi greutatea ușoară, cinematica simplă, compatibilitatea cu alți roboți, în special cu cei dintr-un spațiu de lucru comun, nivel de articulații ascuțite. Cu toate acestea, datorită dimensiunilor mari, are nevoie de cuplu variabil și echilibru de contrabalans. [8]

Figura Spațiul de lucru al robotului sferic

Figura Roboți sferici

Robotul SCARA:

Figura Robot SCARA

Roboții SCARA sunt perfecți pentru aplicațiile care necesită mișcări de viteze mari și repetitive. Aceste este motivul pentru care SCARA este utilizat pe scară largă în operațiunea de asamblare. Mișcarea special a efectorului final face robotul ideal pentru sarcinile care necesită mișcare uniformă într-o formă circular. [8]

Figura Exemple de cuple al roboților

2.2.3 Aplicațiile roboților industriali

Operațiunile de asamblare și producătorii de piese sunt unii dintre cei mai mari utilizatori de robotică în fabricația de automobile. Roboții sunt mai ușor de programat și de implementat ca niciodată, dar fiecare proiect de integrare vine cu provocări unice. De aceea, producătorii auto care adoptă robotica ar trebui să lucreze cu un partener de integrare cu experiență pentru proiectare și instalare.

-Sudare: roboți mari de încărcare utilă, pot localiza panouri de sudură ale caroseriei; în timp ce roboții mai mici sudează subansambluri, cum ar fi paranteze și suporturi. Robotul de sudare cu arc MIG și TIG poziționează lanterna în aceeași orientare pe fiecare ciclu, iar viteza repetabilă și distanța de arc asigură că fiecare fabricație este sudată la același standard ridicat. Roboții colaborați lucrează împreună cu alți roboți industriali mari pe liniile de asamblare masive. Sudorii și manipulatorii robotici trebuie să colaboreze pentru a menține linia de asamblare în mișcare. Manipulatoarele de roboți trebuie să plaseze panouri la locația exactă, astfel încât robotul de sudor să poată efectua toate sudurile programate.

Figura Statie de sudură in puncte robotizată

Figura Roboți de sudură cu laser

Figura Robot de sudură cu arc electric

-Asamblare: sarcini precum conducerea cu șurub, instalarea parbrizului și montarea roților sunt toți candidații pentru brațele robotizate în fabricile de mașini. În multe fabrici de piese auto, roboții – de exemplu, mașinile ”Delta” de mare viteză – adună ansambluri de componente mai mici, cum ar fi pompe și motoare. În majoritatea fabricilor de automobile, brațele robotizate ușoare adună piese mai mici, cum ar fi motoare și pompe la viteză mare. Alte sarcini, cum ar fi conducerea cu șurub, montarea roților și instalarea parbrizului, toate sunt realizate cu ajutorul brațelor robotului.

Figura Robot de asamblare automat cu 6 grade de libertate

Figura Linie de asamblare robotizată

Figura Linie de asamblare robotizată 2

-Tendințele mașinilor: descărcarea modelelor la cald de la o mașină de turnare prin injecție sau turnare sub formă de matriță, iar centrele de prelucrare CNC de încărcare și descărcare sunt toate exemple bune de mașini de producție pentru roboți.

Figura Manipularea pieselor metalice turnate

Figura Manipularea materialelor plastice

-Îndepărtarea materialelor: în cazul în care urmează un traseu complex în mod repetat, un robot este un instrument ideal pentru sarcinile de tăiere. Exemplu bun ar fi tăierea acoperișului sau turnarea matriței. Tehnologia de detectare a forței permite robotului să mențină presiunea constantă pe o suprafață în aplicații ca acestea.

Figura Sistem robotizat de debavurare

Figura Sistem robotizat de debavurare 2

-Paletizare – ambalare: aceste aplicatii constau fie in roboti montati pe poduri rulante, capabili sa traverseze liniile de productie, fie in roboti cu miscari circulare capabili sa se invarta de la punctele de colectare a cutiilor de pe conveioare la pozitiile specifice de paletizare pentru fiecare produs care intra in celula robotului.

Figura Robot de paletizare a sticlelor

Figura Robot de palitezare

-Vopsire și sigilare: capacitatea de a urma un traseu programat în mod constant, roboții sunt utilizați pe scară largă pentru vopsirea în instalațiile de asamblare a mașinilor, de asemenea pentru pulverizarea acoperirilor, precum etanșare, grunduri și adezivi, așezarea uniformă de adeziv înainte de asamblare.

Figura Robot vopsitor

Figura Robot vopsitor Kuka

Figura Robot de vopsire

-Control video: aplicația de control video reprezintă procedeul prin care se realizează inspecția vizuală a piesei. Prin această inspecție video se pot depista defecte pe suprafață a pieselor.

Figura Robot de control video

2.2.4 Sisteme de acționare ale robotilor

Prin acționare se înțelege un ansamblu de funcții tehnice prin care se realizează transformarea energiei nemecanice într-una mecanică, în vederea punerii în mișcare relativă a unor elemente. Sursele de energie nemecanică necesare unui sistem de acționare pot fi: electrică; termică, hidraulică, diverse.

Transformarea energiei nemecanice în energie mecanică se realizează prin intermediul unor echipamente specifice (motoare electrice, electromagneți, turbine, pompe, compresoare de aer, motoare hidraulice, motoare pneumatice) și se transmite direct la elementele de execuție, sau indirect, prin intermediul unor transmisii mecanice.

Figura Schema bloc a unui sistem de acționare a unui robot [1]

Sistemul de acționare al unui robot cuprinde totalitatea surselor energetice mecanice ale robotului precum și elementele de control ale acestora.

În acest sens prin sistem de acționare al unui robot se va înțelege ansamblul motoarelor și convertoarelor prin care se obține energia mecanică necesară mișcării cuplelor cinematice conducătoare, precum și dispozitivele suplimentare ce controlează acest transfer

energetic.

Sistemul de acționare cuprinde în structura sa o serie de elemente de execuție (motoare), care realizează funcția de acționare la nivelul cuplelor cinematice conducătoare, fie direct, fie prin intermediul unor transmisii mecanice. Pentru realizarea interfațării acestora cu structura mecanică, elementul fix al motoarelor în primul caz se leagă de un element al cuplei cinematice, iar elementul mobil de un element al cuplei cinematice următoare (element condus), iar în al doilea caz motorul împreună cu elementul fix al transmisiei mecanice se leagă de un element al cuplei cinematice, iar elemental mobil al acesteia se leagă de un element al cuplei cinematice următoare. Plasarea motoarelor și a elementelor de comandă se poate face local în zona cuplelor cinematice conducătoare, sau umeral (la baza robotului), acționarea cuplelor realizându-se prin diverse transmisii mecanice.

Plasarea locală a motoarelor de acționare și a elementelor de comandă a acestora prezintă o serie de avantaje cum ar fi :

– simplificarea structurii mecanice, prin eliminarea unor transmisii mecanice suplimentare

– creșterea preciziei de poziționare, prin eliminarea jocurilor intermediare din transmisia mecanică

– creșterea randamentului acționării prin eliminarea pierderilor în transmisiile mecanice suplimentare

– eliminarea pierderilor energetice între elementul de comandă și motorul de acționare;

– timp de răspuns redus între comandă și acționare

– posibilitatea modularizării și interschimbabilității comode și rapide a modulelor

În construcția roboților și manipulatoarelor se întâlnesc următoarele tipuri de acționări:

– acționare electrică

– acționare hidraulică

– acționare pneumatică

– acționare mixtă (electro-hidraulică; electro-pneumatică;

pneumo-hidraulică)

Alegerea sistemului de acționare se face ținând cont de o serie de factori cum ar fi: destinația, condițiile de exploatare, capacitatea de manipulare, ritmul de lucru, temperatura și gradul de poluare al mediului de lucru, precizia de poziționare, posibilități de comandă și conducere etc. Din 1996 aproximativ 92% din roboții industriali sunt actionați electric, 6% hydraulic, 2% pneumatic și 0% mixt.

În acționarea electrică a roboților industriali se regăsesc majoritatea soluțiilor aplicate și perfecționate în decursul timpului și în celelalte domenii ale tehnicii, cu particularități ce decurg din necesitatea unei game largi de reglaj a turațiilor, precum și de producere a unor cupluri motoare cât mai ridicate de către motoare cât mai mici.

Dacă primul deziderat ține în primul rând de perfecționarea soluțiilor de comandă, cel de-al doilea este legat de tipul și performanțele electromagnetice ale motorului și de calitatea materialelor utilizate în construcția sa.

Abordarea corectă a problemelor ridicate de tehnica modernă a acționărilor electrice în vederea proiectării și exploatării lor optimale se poate face numai considerând acționarea ca un sistem, adică un ansamblu de elemente fizice interconectate, prin care se realizează conversia electromecanică a energiei cu același scop funcțional.

Astfel rezultă cele trei componente de bază ale sistemului de acționare electrică:

– mașina electrică de acționare(motoare)

– subsistemul de transmisie al mișcării de la mașina electrică la elementul de lucru

– elementul de lucru(executor)

Pe lângă aceste componente de bază, sistemul de acționare electrică mai include și echipamentul de comandă, reglare, protecție și modificare a parametrilor energiei de alimentare. [1]

Figura Tipuri de acționări electrice ale R.I. [1]

2.2.5 Sisteme de comandă ale robotilor

Rolul sistemului de comandă din cadrul hipersistemului “robot” – privit prin prisma antropomorfismului său structural – este echivalent cu rolul sistemului nervos. Astfel, dacă sistemul nervos asigură o legătură funcțională reciprocă între organele aparatele și sistemele organismului și realizează unitatea organismului cu mediul înconjurător prin recepționarea excitațiilor externe sau interne, a transmiterii și analizării lor și a elaborării răspunsurilor motorii și secretorii, sistemul de comanda al robotului realizează în mare aceleași funcții, dar la un nivel de complexitate mult mai redus.

Prelevarea și transmiterea informațiilor de la celelalte sisteme interne robotului precum și de la mediul exterior se realizează prin intermediul traductoarelor și senzorilor. Rolul lor este topologic echivalent cu cel al analizatorilor, care recepționează excitațiile mediului extern sau intern și conduc excitațiile la scoarța cerebrală.

Facem observația că deși senzorii și traductoarele nu fac parte din sistemul de comanda al robotului – dacă sistemul “robot” este privit prin prisma antropomorfismului său.

Se înțelege prin comandă un set de instrucțiuni (informații) privind pornirea/oprirea funcționării unui anumit motor din componența sistemului de acționare, respectiv referitor la funcționarea lui cu anumiți parametrii la elementul de ieșire. Ansamblul sistem de comandă+sistem de acționare formează sistemul de conducere al robotului.

Astfel, în cazul în care nu există un contact între efectorul final și mediu scopul conducerii robotului este acela de a asigura punctului caracteristic în fiecare moment poziții, respectiv deplasări cu viteze și accelerații impuse sau determinate în raport cu obiectele din mediu, fără coliziuni, dar astfel încât mișcarea să fie "lină" (traiectoria pe care o parcurge punctul caracteristic să nu prezinte puncte unghiulare sau de întoarcere).

În cazul conducerii dinamice mărimea prescrisă și controlată o reprezintă forța generalizată cu care efectorul final trebuie să interacționeze cu mediul. Posibilitățile de rezolvare a “contactului” dintre efectorul final și mediu sunt două și anume: complianța pasivă (materializată prin utilizarea unor dispozitive de complianță) dar în special complianța activă.

Sarcina comenzii robotului constă în determinarea vectorului mărimii prescrise (vector de intrare) aferente acționării astfel încât să se realizeze scopul conducerii robotului (care în general este de a asigura punctului caracteristic în fiecare moment – cu o precizie prestabilită – poziții, respectiv deplasări cu viteze și accelerații impuse sau determinate în raport cu obiectele din mediu, fără coliziuni, dar astfel încât mișcarea să fie "lină"). [1]

Figura Tipuri de conducere a robotului [1]

Prin conducerea automată a unui robot industrial se înțelege planificarea și generarea traiectoriei respectiv controlul nemijlocit al mișcărilor, în mod automat, de către sistemul de conducere al robotului.

Planificarea traiectoriei ca scop impunerea unei mișcări lipsite de coliziuni între punctele (situările) țintă impuse de procesul tehnologic. În acest scop sunt determinate un număr minim de puncte via prin care se va realiza trecerea punctului caracteristic de la un punct țintă la altul. Trecerea printr-un punct via sau țintă corespunde parcurgerii unei etape a procesului tehnologic.

În cazul general la planificarea traiectoriei este necesară prescrierea poziției și a orientării obiectului manipulat față de gaura piesei prismatice. Problema conducerii automate este respectarea acestui deziderat prin mișcările corespunzătoare ale cuplelor cinematice conducătoare.

Legătura spațiu-timp dintre funcțiile de conducere și punctele țintă sau via este realizată prin aceea că la anumite momente impuse valorile numerice calculate pentru funcțiile de conducere trebuie să coincidă cu valorile coordonatelor punctelor respective.

În cazul sistemelor de conducere automată problemele de planificare, generare și de control sunt soluționate prin intermediul unui soft de conducere. Aceasta realizează nu numai conducerea automată a robotului dar și dialogul cu operatorul uman.

Prin dialog se înțelege posibilitatea operatorului uman de a se transmite comenzi către sistemul de conducere în vedere efectuării de către robot a unei operații (mișcări). Aceste comenzi pot fi transmise fie prin intermediul unor butoane de comandă amplasate pe un panou operator fie pot fi "introduse" prin intermediul unei console de programare (tastatură și display) sau prin intermediul unui dispozitiv extern de introducere a datelor (de exemplu un calculator personal).

Comenzile care se introduc prin intermediul consolei de programare sunt macrocomenzi și pot fi executate imediat sau pot fi înmagazinate în memoria sistemului de conducere sub forma unui program de aplicație.

Programul de aplicație conține un set de informații codificate cu privire la operațiile, care urmează a fi executate de robotul industrial. Macrocomenzile se referă la valorile succesive ale parametrilor poziționali, ale vitezei liniare/unghiulare relative ale elementelor cuplelor cinematice conducătoare, timpii de repaus relativ al acestor elemente, dispoziții pentru mișcarea sistemului mecanic, dispoziții către procesul tehnologic, legături logice între secvențe, temporizări, așteptări, salturi etc. Programul de aplicație poate fi lansat în execuție fie prin intermediul unui buton de pe panoul operator, fie prin introducerea și lansarea în execuție, cu ajutorul consolei de programare, a unei macrocomenzi de "start".

În cadrul programului de aplicație macrocomenzile sunt organizate sub formă de linii de program care, în cazul rulării automate, sunt lansate în execuție pe rând respectiv în mod automat. Ordinea lansării în execuție a liniilor de program este dată de logica programului.

Prin lansarea în execuție a unei linii de program de aplicație, practic se activează anumite subrutine din cadrul soft-ului de conducere prin intermediul macrocomenzilor. Astfel operatorul care realizează programul de aplicație are acces la soft-ul de conducere doar prin macrocomenzile definite de producător. După modul de lucrul al robotului programele de aplicație pot fi clasificate în: programe secvențiale, de tip punct cu punct, de tip multipunct și cele care asigură o conducere pe traiectorie continuă.

Programele de tip punct cu punct (PTP) sunt utilizate atunci când nu este necesară (din punctul de vedere al procesului tehnologic) impunerea unei anumite traiectorii între poziția curentă și cea următoare (via sau țintă) dar dorim mișcări simultane pe toate axele. [1]

Figura Programe de tip punct cu punct [1]

În acest caz singura condiție impusă este ca traiectoria să nu fie una de coliziune. Ne interesează doar trecerea obligatorie a punctului caracteristic (de exemplu) prin pozițiile 1 și 2. Mișcările pe fiecare axă vor fi începute deodată și se vor termina deodată. Astfel, mișcarea având loc simultan pe toate axele, se obține o creștere a productivității, dar traiectoria obținută rămâne una oarecare, imprevizibilă, greu exprimabilă matematic și cu un aspect absolut oarecare pentru operatorul uman.

La programe de tip multipunct (MTP) se impune trecerea punctului caracteristic din punctul curent 1 în punctul 2 printr-un anumit număr de puncte de precizie (de la 11 la 15). Astfel se asigură o deviație maximă a traiectoriei reale față de cea ideală. Această deviație este cu atât mai mică cu cât se impune trecerea punctului caracteristic prin mai multe puncte de precizie. [1]

Figura Secvențe la comanda de tip multipunct [1]

Cel mai frecvent caz de aplicare al acestui tip de program este cazul vopsirii prin pulverizare. La învățare, un vopsitor cu experiență are pistolul de vopsit în mână și de mâna lui este legat și efectorul final efectorului final al robotului.

Programele de traiectorie continuă (CP) se utilizează la acele operații tehnologice în care punctul caracteristic trebuie să urmeze o traiectorie anume în spațiul cartezian. De exemplu sudura după rost, debavurarea etc. În cadrul acestor operații se impune ca punctul caracteristic să urmeze riguros un anume drum.

De regulă, se încearcă exprimarea analitică a traiectoriei impuse sau se procedează la aproximarea traiectoriei impuse pe porțiuni cu segmente de curbe simple: drepte, arce de cerc, arce de parabolă, fracțiuni de sinusoidă.

Dacă în cadrul programului de traiectorie continuă se prevede ocuparea pe rând de către punctul caracteristic a unor poziții distribuite uniform pe o suprafață (de obicei plană) acel program se numește program de suprafață.

În cazul în care se prevede ocuparea pe rând de către punctul caracteristic a unor poziții distribuite uniform în interiorul unui volum (de obicei paralelipipedic) se obțin așanumite programe de volum. [1]

2.2.6 RobotStudio si limbajul de programare RAPID

RobotStudio este programul software al firmei ABB pentru simularea și programarea offline a roboților industriali creați de ei. Acest program perminte programarea să fie făcută la un calculator într-un birou fără ca producția sa fie oprită.

Programul oferă instrumentele necesare pentru creșterea profitabilității sistemului robotizat, permițându-vă să efectuați sarcini precum antrenament, programare și optimizare fără a deranja producția.

Aceasta oferă numeroase avantaje, inclusiv:

Reducerea riscurilor de accidentare și coliziune a robotului

Pornire mai rapidă a producției

Productivitate crescută

RobotStudio este construit în Controller-ul virtual ABB, o copie a software-ului care este folosit de roboții ABB din producție. Acest lucru permite realizarea unor simulări realistice, utilizând programe de programare si de configurare folosiți de roboții ABB. [11]

RobotStudio folosește ca și limbaj de programare limbajul RAPID. Acesta este un limbaj avansat de programare folosit la controlul roboților industriali ABB. A fost introdus cu sistemul de control S4 în 1994 de către ABB, înlocuind limbajul de programare ARLA.

Caracteristicile limbajului RAPID sunt:

Parametri de rutină

Proceduri – folosite ca un subprogram

Funcții – folosesc o valoare de un anumit tip și o folosesc ca argument al unei instrucțiuni

Rutine capcană – un mijloc de a răspunde la întreruperi

Expresii aritmetice și logice

Tratarea automată a erorilor

Programarea modulară

Multi tasking [10]

Figura Exemplu de programare în RobotStudio

Roboți industriali de manipulare

Roboții specifici industriei îndeplinesc mai multe sarcini, cum ar fi ridicarea și plasarea obiectelor și mișcarea adaptată din observarea modului în care sarcinile manuale similare sunt gestionate de un braț uman care funcționează pe deplin. Astfel de brațe sunt cunoscute și sub numele de manipulatori. Acești manipulatori au fost folosiți inițial pentru aplicații referitoare la materiale bio-periculoase sau radioactive sau locuri inaccesibile. O serie de segmente glisante sau îmbinate sunt alcătuite pentru a forma un manipulator asemănător brațului care este capabil să miște automat obiecte într-un anumit număr de grade de libertate. Fiecare robot manipulator comercial include un controler și un braț manipulator. Performanța manipulatorului depinde de viteza, greutatea sarcinii sale și de precizia acestuia. Cu toate acestea, atingerea efectorilor săi finali, spațiul de lucru general și orientarea lucrării sunt determinate de structura manipulatorului. Manipulatorii robotici nu sunt o idee nouă și au funcționat deja în mai multe domenii de fabricație de câțiva ani. Pe măsură ce AI avansează, creșterea preciziei și funcției roboticii va permite realizarea unei game mai mari de sarcini de către astfel de manipulatori, oferind astfel mai multă funcție și asigurare a forței de muncă decât manipulatorii robotici din ultimele decenii.

Exemplu de robot manipulator:

Figura ABB IRB 910SC [12]

ABB a livrat un robot cu un singur braț capabil să funcționeze într-o amprentă limitată. SCARA ABB este ideală pentru ansamblul pieselor materialelor și inspecția pieselor.

Spațiul de lucru:

Figura Spațiul de lucru a robotului ABB IRB 910SC/0.45 [12]

Performanțele robotului (potrivit ISO 9283)

Figura Performanța robotului ABB IRB 910SC/0.45 [12]

Alte date caracteristice a robotului

Figura Alte date caracteristice a robotului ABB IRB 910SC/0.45 [12]

Dispozitive de prehensiune

Dispozitivul de prehensiune are funcția de a impune obiectului manipulat o situare relativă determinată în raport cu ultimul element al dispozitivului de ghidare la care este atașat și cea de asigurare a menținerii în timp a acestei situări.

Figura Funcțiile dispozitivului de prehensiune

Imobilizarea obiectului în raport cu dispozitivul de prehensiune (cu totalitatea bacurilor acesteia) se realizează creând între obiect și bacuri un număr de puncte de contact cel puțin egal cu 12 (câte două puncte pentru fiecare grad de libertate).

În timpul manipulării de către robot a unui obiect, asupra acestuia acționează forțe masice (gravitaționale și de inerție) și reacțiuni de contact cu alte corpuri (în unele cazuri și forțe tehnologice). Torsorul rezultant al acestor forțe tinde să smulgă obiectul manipulat dintre bacuri, "deschizând" cupla cinematică bacuriobiect. În vederea împiedicării smulgerii, mecanismul de prehensiune impune degetelor ca bacurile fixate pe ele să apese asupra obiectului. În urma acestei apăsări, obiectul, dar și bacurile, degetele și celelalte elemente ale mecanismului de prehensiune suferă niște deformații elastice de mică amplitudine, ceea ce generează reacțiuni între obiect și bacuri. Reacțiunea care acționează dispre bac spre obiect constituie forța de strângere. Ea se menține în tot timpul prehensării datorită împiedicării dispariției deformațiilor elastice fie prin menținerea forței generalizate de acționare a mecanismului de prehensiune, fie prin intercalarea în structura acestuia a unui element de autofrânare.

Figura Dispozitiv de prehensiune cu degete articulate

Obiectele relativ ușoare, de dimensiuni mici sau care prezintă suprafețe plane, cum este cazul nostru cu parbrizul, pot fi manipulate de dispozitive de prehensiune cu vid.

Figura Dispozitiv de prehensiune cu vid

Ele constau dintr-un suport solidar cu ultimul element al dispozitivului de ghidare al robotului și care poartă ca elemente active ventuze. Fiecare ventuză conține un spațiu care se închide prin intermediul suprafeței plane a obiectului de manipulat. În acest spațiu se creează vid, ca urmare presiunea atmosferică apasă obiectul de ventuză, solidarizându-l cu acesta prin forța de strângere:

unde p este presiunea atmosferică (1 bar), D – diametrul cercului de contact dintre ventuză și obiectul manipulat, v – intensitatea procentuală a vidului iar n reprezintă numărul ventuzelor utilizate în dispozitiv.

Vidul din spațiul ventuzei poate fi creat prin conectarea acestuia la o conductă de vid, la un ejector sau aderare la obiectul manipulat prin apăsare. În ultimul caz, ventuza deformabilă este apăsată asupra obiectului, realizându-se o diminuare a spațiului închis între ventuză și obiect, cu expulzarea aerului din acest spațiu.

Figura Manipularea sticlei în industria auto [9]

Avantajele dispozitivului de prehensiune cu vid constau în simplitatea lor și în faptul că ele pot folosi o singură "față" de contact a obiectului.

Dezavantajele acestor dispozitive constau în lentoarea acțiunii lor, faptul că ele pot manipula doar obiecte relativ ușoare cu suprafețe lise. Neregularitățile suprafețelor de contact ale obiectelor, suprafețele murdare și impuritățile aderate acestor suprafețe diminuează eficiența prehensiunii. Necesită consum mare de energie în cursul realizării vidului la pompa centrală de vid sau la ejector. Uneori există pericol de desprindere necontrolată a obiectului manipulat de dispozitiv, alteori se necesită dispozitive speciale de desprindere a acestuia la sfârșitul ciclurilor de manipulare.

4. Programarea și simularea unui robot pentru aplicarea de mastic pentru parbrize auto

4.1 Cerințe

Să se realizeze programarea și o simulare a unui robot care manipulează un parbriz și îi aplică mastic pentru a fi lipit de caroseria unei mașini. Această simulare v-a fi făcută în RobotStudio.

4.2 Componentele celulei robutului

4.2.1 Parbrizul

Modelul 3D al parbrizului a fost realizat în programul de proiectare CATIA V5 2019 având aproximativ lungimea de 1500 de milimetri, lățimea de 1000 de milimetri și grosimea de 26 de milimetri.

Figura Parbriz

Figura Forma parbrzului

Figura Lățimea parbrizului

Figura Lungimea parbrizului

Figura Grosimea parbrizului

4.2.2 Conveiorul

Parbrizul și suportul acestuia sunt transportați la celula robotului pe un conveior.

Figura Conveior

4.2.3 Suportul parbrizului

Parbrizul este sprijinit pe un suport de cauciuc modelat dupa forma sa. Am ales ca suportul să fie din cauciuc pentru a diminua riscul zgârierii și riscul de alunecare a parbrizului. Și modelul 3D aceastei componente al celulei a fost proiectat în CATIA V5.

Figura Suportul parbrizului

4.2.4 Dispersul de mastic

Sistem avansat de distribuire a masticului pentru o distrbuire fiabilă. Conceput pentru operațiuni ușoare și simple.

Avantaje:

Precizie mare la masurarea și distribuirea masticului

Comenzi electronice avansate

Urmărirea consumului și debitului de material

Două pompe cu comutare automată

Figura Dispersul de mastic

4.2.5 Regulatorul de presiune a masticului acționat cu aer

Acest regulator presiune a masticului este ideal pentru materiale de etanșare sau adezivi cu vâscozitate redusă până la mare. Acesta controlează presiunea din aval pentru mastic. Regulatorul asigură un control precis al presiunii pentru pistolul de pulverizare dintr-un sistem comun de antet. De asemenea, amortizează supratensiunile de debit atunci când sunt deschise supapele de linie și în timpul schimbării cursei pompei. Regulatorul va fi montat efectorului final al robotului.

Figura Regulatorul de presiune a masticului

4.2.6 Robotul industrial

Pentru această aplicație am ales robotul ABB IRB 1600-10/.1.45. Acest robot are un ciclu cu până la 50% mai scurt decât roboții concurenți în manipularea materialelor, aplicații de îngrijire și procesare a mașinilor. Accelerează și încetinește mai repede decât alți roboți, economisind timp în timp când se deplasează între sarcini.

Robotul IRB 1600 oferă o fiabilitate ridicată chiar și în cele mai dure medii și cele mai solicitante cicluri de funcționare.

Principalele aplicații ale robotului:

Asamblarea

Sudura cu arc electric

Manipularea materialului

Înderpărtarea materialului

Curățarea / pulverizarea

Distribuirea (aplicația noastră)

Paletizarea

[15]

Figura ABB IRB 1600-10/.1.45 [14]

Figura Specificațile robotului [15]

Figura Informații tehnice ale robotului [15]

Figura Mișcarea robotului [15]

Figura Viteza maximă a fiecarei axe a robotului [15]

Figura Spațiul de lucru a robotului [15]

4.2.7 Controlerul robotului

Cum este menționat la specificațile robotului, controlerul folosit este IRC5 tot de la ABB. Acesta oferă roboților capacitatea de a-și îndeplini sarcinile într-un mod extrem de eficient. Bazat pe modelare dinamică avansată, IRC5 optimizează automat performanța robotului prin reducerea timpilor de ciclu și asigurarea unei acuratețe a traseului precisă. Datorită tehnologiei IRC5 de la ABB, mișcarea unui robot este previzibilă și performanța sa ridicată, fără a fi necesară acordarea de către programator. Ceea ce programați este ceea ce obțineți.

Alte caracteristici:

Siguranță

Compatibilitate

Programabil

Fiabil [16]

Figura Controlerul IRC5 [16]

4.2.8 Gard de protecție

Celula este înconjurată de un gard de protecție.

Figura Gard de protecție simulat în RobotStudio [17]

4.3 Simularea

Figura Inițierea stației

Figura Încărcarea robotului

Figura Amplasarea controlerului

Figura Amplasarea sistemului de transfer

Figura Amplasarea suportului și a parbrizului

Figura Amplasarea sistemului de transfer 2

Figura Amplasarea suportului și a parbrizului 2

Figura Amplasarea sistemului de dozare a masticului

Figura Diuza masticului

Figura Planul de amplasament

Figura Setarea traiectoriei robotului

Figura Setarea punctelor țintă

Figura Setarea punctelor țintă 2

Figura Setarea punctelor țintă 3

4.4 Codul sursă a robotului

MODULE Module1

CONST robtarget Target_10:=[[800,-757.653061224,743.819438409],[0,0,0.987925135,-0.154932008],[-1,0,-2,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];

CONST robtarget Target_20:=[[800,-459.330619188,667.996631936],[0,0,0.987925135,-0.154932008],[-1,0,-1,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];

CONST robtarget Target_30:=[[800,-153.903685306,629.789754768],[0,0,0.987925135,-0.154932008],[-1,-1,0,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];

CONST robtarget Target_40:=[[800,153.903685306,629.789754768],[0,0,0.987925135,-0.154932008],[0,-1,0,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];

CONST robtarget Target_50:=[[800,459.330619188,667.996631936],[0,0,0.987925135,-0.154932008],[0,-1,0,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];

CONST robtarget Target_60:=[[800,757.653061224,743.819438409],[0,0,0.987925135,-0.154932008],[0,-1,0,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];

CONST robtarget Target_70:=[[1800,757.653061224,743.819438409],[0,0,0.987925135,-0.154932008],[0,-1,0,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];

CONST robtarget Target_80:=[[1800,459.330619188,667.996631936],[0,0,0.987925135,0.154932007],[0,0,0,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];

CONST robtarget Target_90:=[[1800,153.903685306,629.789754768],[0,0,0.999516069,0.031106708],[0,-1,0,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];

CONST robtarget Target_100:=[[1800,-153.903685306,629.789754768],[0,0,0.999516069,0.031106708],[-1,0,-1,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];

CONST robtarget Target_110:=[[1800,-459.330619188,667.996631936],[0,0,0.999516069,0.031106708],[-1,0,-1,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];

CONST robtarget Target_120:=[[1800,-757.653061224,743.819438409],[0,0,0.999516069,0.031106708],[-1,0,-1,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];

CONST robtarget Target_130:=[[800,-757.653061224,743.819438409],[0,0,0.987925135,-0.154932008],[-1,0,-2,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];

CONST robtarget Target_30_2:=[[600,-0.840332286,1305.785287399],[0,0,0.987924738,-0.154934543],[-1,-1,-1,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];

!***********************************************************

!

! Module:  Module1

!

! Description:

!   <Insert description here>

!

! Author: Raul

!

! Version: 1.0

!

!***********************************************************

!***********************************************************

!

! Procedure main

!

!   This is the entry point of your program

!

!***********************************************************

PROC main()

!Add your code here

ENDPROC

PROC Path_10()

MoveL Target_30_2,v1000,z100,tWeldGun\WObj:=wobj0;

MoveL Target_10,v1000,z100,tWeldGun\WObj:=wobj0;

MoveL Target_20,v1000,z100,tWeldGun\WObj:=wobj0;

MoveL Target_30,v1000,z100,tWeldGun\WObj:=wobj0;

MoveL Target_40,v1000,z100,tWeldGun\WObj:=wobj0;

MoveL Target_50,v1000,z100,tWeldGun\WObj:=wobj0;

MoveL Target_60,v1000,z100,tWeldGun\WObj:=wobj0;

MoveL Target_70,v1000,z100,tWeldGun\WObj:=wobj0;

MoveL Target_80,v1000,z100,tWeldGun\WObj:=wobj0;

MoveL Target_90,v1000,z100,tWeldGun\WObj:=wobj0;

MoveL Target_100,v1000,z100,tWeldGun\WObj:=wobj0;

MoveL Target_110,v1000,z100,tWeldGun\WObj:=wobj0;

MoveL Target_120,v1000,z100,tWeldGun\WObj:=wobj0;

MoveL Target_130,v1000,z100,tWeldGun\WObj:=wobj0;

MoveL Target_30_2,v1000,z100,tWeldGun\WObj:=wobj0;

ENDPROC

ENDMODULE

Concluzie

S-a realizat programarea și simularea unui robot industrial de la firma ABB în programul de programare RobotStudio robot pentru aplicarea de mastic pentru parbrize auto.

Roboții industriali vor fii din ce în ce mai răspândiți în diferite domenii ale industriei și vor fii folosiți la o scară din ce în ce mai mare odată cu trecerea timpului și odată cu ieftinirea și disponibilitatea acestora.

6.Bibliografie

[1] Țarcă Radu Cătălin, Bazele roboticii- curs, Editura Unversității din Oradea

[2] https://mctr.mec.upt.ro/wp-content/uploads/2018/01/Lucrare_Bissinger.pdf

[3] https://essay.biz/article/robotic-integration-into-our-lives-now-and-the-future

[4] https://www.daytranslations.com/blog/will-robots-change-world/

[5] https://robots.ieee.org/learn/types-of-robots/

[6] https://www.azorobotics.com/Article.aspx?ArticleID=138

[7] https://memm.utcluj.ro/materiale_didactice/sist_em1/pps/cursSEM7.pdf

[8] https://www.researchgate.net/publication/336676027_robot_arm_project

[9] https://robital.ro/aplicatii-vacuum/

[10] https://en.wikipedia.org/wiki/RAPID

[11] https://new.abb.com/products/robotics/robotstudio

[12] https://library.e.abb.com/public/2ac1d57a1bf4431391aa558f27c99cf5/IRB910SC-revF-9AKK106713A1510.pdf?xsign=hudNdu1bGjeFlC7unKAtvb2aSNzbJTqKvibrQ4tzK9ckX59c2U7gHI6mxzJH1zEk

[13] https://www.ul.com/news/safety-testing-healthcare-robotics

[14] https://new.abb.com/products/robotics/industrial-robots/irb-1600

[15] https://search.abb.com/library/Download.aspx?DocumentID=PR10282EN_R8&LanguageCode=en&DocumentPartId=&Action=Launch

[16] https://new.abb.com/products/robotics/controllers/irc5

[17] https://library.e.abb.com/public/fc00384da1ac45b4a8a51c9ad5756897/Fence_PowerPac_Application_Manual_(EN)_revB_2TLC010058M0201.pdf