Robot Industrial cu Arhitectura Generala de Tip Brat Articulat Integrat Intr O Celula Monobloc de Paletizare

Politehnica

Robot Industrial cu Arhitectura Generala de Tip Brat Articulat Integrat Intr O Celula Monobloc de Paletizare

Byadmin ianuarie 1, 2024

Cuprins

Capitolul 1: Studiu de fundamentare tehnica a temei de proiect

1.1 Studiul temei de proiectat. Generalități

1.2 Analiza comparativă a aplicațiilor robotizate similare celei de proiectat

1.3 Analiza comparativă a variantelor constructive similare de roboți industriali/sisteme tehnice similare celulei de proiectat

1.4 Concluzii

Capitolul 2: Proiectarea cinematică și organologică a ansamblurilor specificate în tema de proiect

2.1 Prezentarea ansamblului general al RI /componentului perirobotic /sistemului tehnic de proiectat

2.2 Proiectarea structurii cinematice și organologice complete a ansamblurilor parțiale stabilite prin tema de proiect

Capitolul 3: Sinteza de ansamblu a aplicației robotizate proiectate

3.1. Prezentarea ansamblului general al aplicației robotizate / sistemului tehnic realizat.

3.2. Specificul programării sau simulării asistate a funcționării de ansamblu a aplicației

3.3. Modelarea asistată avansată CAE a comportării de ansamblu a efectorului, utilizând Ansys Workbench

Capitolul 4: Tehnologia de fabricație a unui reper specific din cadrul ansamblurilor proiectate

4.1. Prezentarea desenului de execuție al reperului de realizat (cotare tehnologică completă, tratamente termice / termochimice, condiții tehnice generale, toleranțe, rugozități etc.)

4.2. Reprezentarea și notarea suprafetelor specifice de prelucrat pe reperul de realizat

4.3. Semifabricare și prelucrări

4.4. Proiectarea structurii detaliate a proceselor tehnologice

Capitolul 5 Managementul proiectului

5.1. Descriere

5.2. Alocare a resurelor

5.3. Administrarea riscurilor

5.4. Planificarea proiectelor

Capitolul 6: Încercarea și recepția roboților industriali

6.1. Generalități

6.2. Condiții de încercare a robooților industriali

Capitolul 7: Concluzii finale

Bibliografie

Capitolul 1

Studiu de fundamentare tehnica a temei de proiect

1.1 Studiul temei de proiectat. Generalități

Fig.1.1- Celula paletizare monobloc

Tema:

Robot industrial cu arhitectură generală de tip braț articulat

integrat într-o celulă monobloc de paletizare. (Fig.1.1)

Context:

În ultimii ani, având în vedere constrângerile financiare, a crescut numărul

soluțiilor complexe de automatizare instalate în toate ramurile industriei. Cea mai

mare creștere a fost înregistrată în zona aplicațiilor de paletizare, motivul principal

fiind dorința producătorilor de a crește productivitatea muncii prin automatizarea

unei zone sau chiar a întregii linii de ambalare a produselor. Este important de

menționat că aceste celule sunt foarte răspândite, ele fiind utile în toate sectoarele

de activitate. În cea mai simplă configurație, o celulă de paletizare robotizată este

formată din: un robot, o linie de intrare a produselor de ambalat și o linie de ieșire a

produselor ambalate, dar poate ajunge, în anumite aplicații complexe, să conțină

mai multe linii de intrare și mai multe linii de ieșire. Totuși, de multe ori, prețul

relativ ridicat pentru piața din țara noastră reprezintă o barieră în calea utilizării

acestor celule. În acest context, proiectul propune dezvoltarea unei celule monobloc

de paletizare ce oferă o serie de avantaje: preț relativ mic raportat la o celulă de

paletizare clasică; posibilitatea schimbării poziției celulei în interiorul

întreprinderii; deservirea, în funcție de necesități, a mai multor linii de fabricație.

Manipularea este un proces de preluare și mutare a unui obiect, dintr-un punct în altul. Acest proces poate fi făcut de către manipulatoare manuale, manipulatoare automate sau roboți industriali, cel din urmă fiind cel mai viabil în industrie, datorită capacității sale de a fii programat și fiabilității acestuia . Manipularea poate fi de mai multe feluri: paletizare/depaletizare, montaj(asamblare), etc.

Definiții utilizate la roboți industriali sunt:

Prin “paletizare / depaletizare” se înțelege operația de așezare / scoatere a obiectelor din locașurile depozitelor tip paleta.

Prin “montaj” (“asamblare”) se înțelege operația de construcție a unui ansamblu prin îmbinarea mai multor obiecte de lucru componente.

Avantaje manipulare cu ajutorul roboților industriali:

1. Reducerea costurilor de exploatare

2. Îmbunătățirea calității produselor

3. Condiții de lucru mai bune pentru angajați

4. Creșterea producției și a randamentului

5. Sporirea flexibilității de producție

6. Scăderea cantității de rebuturi rezultate

7. Respectarea regulilor de siguranță la locul de muncă, îmbunătățirea sănătății

8. Scăderea fluctuației de personal și a dificultăților de recrutare

9. Reducerea costurilor de capital

10. Economisirea spațiului în zonele de producție cu valoare ridicată.

Necesitatea efectuării în industrie a unor operații de manipulare precise și cu repetare indefinită, a dus la apariția unor dispozitive automate cu program fix, care au preluat munca monotonă a operatorilor umani. Creșterea flexibilității producției, adică posibilitatea modificării frecvente și în timp scurt a planului operațiilor efectuate de aceste dispozitive, a creat necesitatea reprogramării lor. Astfel, au apărut primii roboți industriali în sensul propriu al termenului. Odată cu apariția și dezvoltarea tehnicii de calcul, reprogramarea acestor dispozitive s-a făcut prin mijloace informatice, mai ușor de utilizat și mai ieftine. Robotul industrial este un sistem tehnic complex, având în componența mai multe subsisteme :

– mecanismul manipulator sau mai simplu manipulatorul este un sistem mecanic mobil, având o bază fixă, și posibilitatea de a deplasa unul dintre elementele sale (elementul efector) într-o varietate foarte mare de poziții.

– dispozitivul de lucru este atașat solidar elementului efector al manipulatorului, și are rolul de a efectua operația specifică aplicației. Exemplu, dacă se efectuează o manipulare, acesta este un dispozitiv de prehensiune, capabil să se solidarizeze cu obiectul manipulat, etc.

– motoarele sunt de tip electric, hidraulic sau pneumatic, sunt atașate sistemului mecanic mobil, și reprezintă sursa de energie mecanică a robotului. Mișcarea acestora este programată și urmărită în timp real de către sistemul de control.

– senzorii sunt dispozitive traductoare ale parametrilor fizici în informație digitală utilizată de sistemul de comandă și control. De cele mai multe ori, parametrii urmăriți sunt de natură cinematică (poziție și viteza) și mecanică (forța).

– sistemul de comandă și control este format dintr-un calculator dotat cu programe specifice, și interfețele pentru transferul informației între acesta și sistemele de senzori pe de o parte, și dispozitivele de comandă ale motoarelor pe de altă parte. Rolul acestui sistem este acela de a programa acțiunea dorită, și de a urmări desfășurarea ei.

Caracteristici tehnice

Dimensiuni celula:

lungime = 2.800 [mm]

lățime = 2.300 [mm]

înălțime (T) = 2.400 [mm]

1.2 Analiza comparativă a aplicațiilor robotizate similare celei de proiectat

1.2.1. Celula de paletiare, robot ABB IRB 460

Fig 1.2.1.1 Celula de paletizare cu robot ABB IRB 460

Fig 1.2.1.2 End-efector

În celulă din figura (1.2.1.1) se pot regăsi următoarele echipamente :

– Conveior cu role motoare (motor 24V inclus în rola), pentru transportul cutiilor de carton către celulă de paletizare și pentru gestionarea acumulării.

– Robot ABB IRB 460, cu gripper EvoGliss Light V3, pentru preluarea cutiilor și așezarea acestora pe palet

– Automatizare, construită în jurul unui PLC Allen Bradley tip Compact Logix, cu ecran cu touchscreen pentru interfață cu operatorul

– Interfața AS-i de conexiune dintre elementele din camp (senzori, motoare 24V, butoane, electrovalve) și automatul programabil, aflat în tabloul electric.

– Sistem pneumatic de ridicare a produselor de pe role în vederea preluării cu robotul.

– Sistem Safety

Mod de lucru :

Cutiile sunt detectate automat, cu senzori optici și sunt transportate către zona de robot, pe conveioarele cu role. În punctul de preluare, un sistem pneumatic ridică produsele de pe role, pentru a permite preluarea acestora cu gripper-ul mecano-pneumatic. Conform schemei de paletizare, produsele sunt așezate de robot, pe palet. Alegerea tipului de cutie care urmează a se paletiza, se realizează din ecranul operator, de pe tabloul electric.
Cea mai economică și ideală soluție de comunicare între elementele de automatizare, prin utilizarea interfeței AS-i, care aduce următoarele avantaje: simplitate, flexibilitate, control, performanta și reducerea costurilor de instalare.
– Gripperul este prevăzut cu sisteme de fixare a cutiei, asigurând o precizie ridicată la depunerea pe palet.

Robot ABB IRB 460
Aplicații

Paletizare , depaletizare , manipulare

Sarcina portanta 110 kg

Intidere 2.40 m

Repetabilitate poziție ±0.20 mm

Repetabilitate traiectorie ±0.11 mm

Axe 4

Protecție IP67

Se montează la sol

Controller IRC5

Dimensiuni robot baza 1007 x 720 mm

Masa robot 925 kg

1.2.2. Celula monobloc de paletizare, robot Kawasaki RD080

Fig 1.2.2.1 Celula monobloc paletizare

În celulă din figura 1.2.2.1 se pot regăsi următoarele echipamente :

1 robot Kawasaki RD080NEE42, sarcina 80 kg., 5 axe

1 controller Kawasaki E42, Teach Pendant cu ecran color 6.4” TFT

1 panou de automatizare cu 32/32 intrări/ieșiri

1 suport pentru robot cu fixare pe sol

1 gripper Vacuumatic pentru cutii și paleți goi

1 conveyor motorizat, cu lanț cu acumulare, pentru cutii L=2000 mm.

1 set de protecții perimetrale în conformitate cu CE, cu o ușă de acces

1 set bariera optică de siguranță, la ieșirea pentru transportul păleților

Cutiile, tăvițele sau navetele sunt transportate către robot de un conveior cu lanț cu acumulare. Robotul preia cutiile de pe conveior și le așează pe palet. După ce paletul a fost umplut, acesta trebuie evacuat manual, din celula robotizată, cu un stivuitor sau transpalet. După ce operatorul a evacuat paletul plin, a rearmat bariera de siguranță și a apăsat butonul “Start”, robotul preia un palet gol din stiva, îl așează în poziția de paletizare și se reia ciclul de paletizare.

Kawasaki RD80N

Robot braț articulat

Axe 5
Sarcina portanta 80 kg
Întindere braț pe orizontală 2,100 mm
Întindere braț pe verticală 3,311 mm
Repeatabilitate ±0.07 mm

Acționare electrică – servomotoare fără perii

Se montează la sol

1.2.3. Celula paletizare, robot ABB IRB660

Fig 1.2.3.1 Celula MACH

În celulă din figura 1.2.3.1 se pot regăsi următoarele echipamente :

1 robot ABB IRB660

1 gripper

1 conveior pentru paleți

1 conveior pentru transportul produselor cu stație de elevare cutie în zona de preluare

"Gripperul și conveiorul de paleți au fost proiectate și executate integral de către departamentul tehnic MACH.
Astfel s-a reușit atingerea unei productivități minime de 10 paleți pe oră, în funcție de tipul produsului și al mătricii corespunzătoare de paletizare."

"Rezultatele:
– Asigurarea productivității cerute de client și atingerea indicatorilor de calitate și fiabilitate impuși.
– Reducerea costurilor de paletizare, sistemul fiind supravegheat de un singur operator.
– Posibilitatea producătorului de a produce și alte scheme paletizare prin simpla reprogramare a schemei de bază.
– Micșorarea ratei erorilor de paletizare cu până la 80% prin eliminarea factorului uman."

Robot ABB IRB660

Robot model Payload Reach

660-180/3.15 180 kg 3.15M

Sarcina portanta 180kg

Întindere brațului 3.15m

Axe 4

Clasa protecție IP67

Se montează la sol

Dimensiuni baza robot 1136 x 850 mm

Masa 1,650 kg

1.2.4. Celula monobloc paletizare, robot Massman

Fig 1.2.4.1 Celula monobloc paletizare

În celulă din figura 1.2.4.1 se pot regăsi următoarele echipamente :

1 robot Massman în 4 axe

1 gripper

1 conveior pentru paleți

1 conveior pentru transportul produselor

1 suport de supraînălțare

4 axe comandate numeric , robot foarte rapid de dimensiuni mici

Până la 3.15 metri (10'4") spațiu de lucru

Până la 2.98 metri (117") pe direcție verticală

Până la 250 kg (551 lbs) sarcina portanta

0.05 mm (.002") repetabilitatea

End-efectorul poate fi magnetic , vacuumatic sau mecanic

1.2.5. Celula monobloc paletizare, robot Kawasaki FS10E

Fig 1.2.5.1 Celula monobloc de paletizare, tema cadru

In celula din figura 1.2.5.1 se pot regasi urmatoarele echipamente :

– Conveior cu role atasat celulei , pentru transportarea cutiilor

– Robot Kawasaki FS10E

– Gripper Schmalz FX vacuumatic , cu structura de aluminiu pentru o masa cat mai mica

– Controller Kawasaki E42, Teach Pendant cu ecran color 6.4” TFT

– Suport de suprainaltare al robotului

– Palet pentru incarcarea cutiilor

– Gard de protectie a zonei de lucru

Mod de lucru :

Cutiile sunt transportate catre zona de lucru al robotului , pe conveiorul cu role. Odata ajunse in punctul de preluare de catre robot , cutia este ridicata de pe conveior cu ajutorul gripper-ului vacuumatic . In functie de programarea schemei de paletizare, produsele sunt asezate de robot, pe palet.
Paletii sunt incarcati si descarcati manual de catre un operator uman cu ajutorul unei lize sau unui motostivuitor .

Kawasaki FS10E

Robot brat articulat

Axe 6
Sarcina portanta 10 kg
Repeatabilitate ±0.1 mm

Masa proprie 170 kg

Actionare electrica – servomotoare fara perii

Se monteaza la sol (posibilitatea montaj pe suport de suprainaltare)

Caracteristici tehnice

Dimensiuni celula:

lungime = 2.800 [mm]

latime = 2.300 [mm]

inaltime (T) = 2.400 [mm]

1.3 Analiză comparativă a variantelor constructive similare de roboți industriali / sisteme tehnice similare celulei de proiectat

Manipulatorul industrial Fig 1.3.1 a apărut ca structură mecanică a unui robot industrial fiind deținut drept un dispozitiv de deplasare în spațiu a unor repere prinse într-o mână mecanică . Este un mecanism multimobil care poate fi comandat de operatorul uman . De regulă acționarea manipulatorului industrial se realizează printr-o sursă de energie industrială . Manipulatorul industrial mai poate fi definit drept un pseudorobot industrial cu un sistem de comandă rudimentar , prevăzut cu un program rigid de lucru și având o versatilitate redusă conceput pentru o anumită instalație , mașina unealta , utilaj , etc.

Fig 1.3.1 Manipulator industrial

Robotul industrial se definește ca fiind un sistem cu funcționare automată , adaptabila prin programarea condițiilor mediului în care acționează , folosit în procesul de producție pentru îndeplinirea unor funcții de acționari asemănătoare cu cele realizate de mâna omului efectuând o secvență de operații într-un proces tehnologic.

În tehnologii , principiul eficienței încadrează robotul industrial în factorul de productivitate fiind considerat un important parametru al programului computerizat . Totodată robotul industrial reprezintă un important factor în optimizarea funcției obiectiv .

Tipuri și arhitecturi de roboți industriali

Clasificarea parametrilor funcționali al unui robot industrial se face în funcție de arhitectură și de tip .

În industrie cea mai răspândită arhitectura este cea seriala , iar cel mai răspândit tip este acela al brațului articulat .

Robot cu arhitectură serială de tip braț articulat

Robot industrial de tip coloană , pistol

Robot de tip portal simplu și dublu

Robot cu arhitectură paralelă , cu două brațe articulate , construcție specială

Roboți industriali produși de firma Kawasaki :

Serii roboți actuale

Fig 1.3.2 Serii roboti Kawasaki

Seriile ce pot fi folosite în procesul de paletizare sunt F / R / Z / M . de la firma Kawasaki . Deoarece roboții din seria M sunt roboți de dimensiuni mari , cu sarcini portante mari , aceștia vor fi excluși de la început , rămânând a fi comparați roboții din seriile F/R/Z .

Tabel 1.3.1 Comparare roboți industriali

Fig 1.3.3. Detalii tehnice Kawasaki FS10E

Fig 1.3.4 Detalii tehnice Kawasaki RS10N

Fig 1.3.5 Detalii tehnice Kawasaki ZHE100U

Pentru celula noastră de paletizare monobloc, din punct de vedere tehnic și economic, cea mai bună alegere pentru cerințele noastre, este robotul Kawasaki FS10E, acesta îndeplinind toate cerințele . Sarcina portanta de 10kg, lungimea maximă atinsă este de 1,450 mm, iar masa pe care o are acest robot fiind de 170 kg.

Pentru a fi siguri de alegere, robotul Kawasaki FS10E, va fi comparat cu alți 3 roboți asemănători de alte firme concurente (Kuka, ABB, Comau).

Tabel 1.3.2. Comparare roboti firme diferite

Fig 1.3.6.

Fig 1.3.7

Fig 1.3.8

După comparare, putem să luăm decizia, la fel ca și pentru prima comparație, că robotul Kawasaki FS10E, este cel care îndeplinește toate criiterile, poate cu ușurință să îndeplinească sarcina de paletizare, este balansat din toate punctele de vedere tehnice ceea ce ne face să îl alegem pentru a fi integrat în celulă de paletizare monobloc.

1.4 Concluzii

Capitolul 2: Proiectarea cinematică și organologică a ansamblurilor specificate în tema de proiect

2.1 Schema de calcul pentru ansamblu al RI.

Împărțirea în volume simple al robotului industrial. (Scara 1:5)

Fig 2.1.1 Împărțirea pe volume a robotului

Dispunerea centrelor de masă

Fig 2.1.2 Centru de masă bază

Fig 2.1.3 Centru de masa 2

Fig 2.1.4 Centru de masa 3

Fig 2.1.5 Centru de masa 4

Fig 2.1.6 Centru de masa 5

Fig 2.1.7 Centru de masa 6

Fig 2.1.8 Centru de masa 7

Fig 2.1.9 Centru de masă pentru flanșa prindere efector și efector

Fig 2.1.10 Centru de masă obiect manipulat

Masa flanșei de prindere a efectorului : 0.185 kg

Forța de greutate a flanșei : 1.8 N

Masa efectorului: 4.2kg

Forța de greutate a efectorului: 42N

Masa obiectului de manipulat: 2kg

Forța de greutate obiectului de manipulat: 20N

Fig 2.1.11 Dispunerea forțelor de greutate Gi

Fig 2.1.12

Reducerea Forțelor

Reducerea sarcinilor Gi

Fig 2.1.3.4 Sarcinile gravitaționale

Reducerea sarcinilor inerțiale generate de cupla 1 de rotație

Reducerea sarcinilor inerțiale generate de cupla 2 de rotație

Fig 2.1.13 Forțe gravitaționale generate de cupla 2

Reducerea sarcinilor inerțiale generate de cupla 3 de rotație

Fig 2.1.14 Forțe gravitaționale generate de cupla 3

Reducerea sarcinilor inerțiale generate de cupla 4 de rotație (ROLL)

Fig 2.1.15 Forțe gravitaționale generate de cupla 4

Reducerea sarcinilor inerțiale generate de cupla 5 de rotație (PITCH)

Fig 2.1.16 Forțe gravitaționale generate de cupla 5

Reducerea sarcinilor inerțiale generate de cupla 6 de rotație (Yow)

Fig 2.1.17 Forțe gravitaționale generate de cupla 6

Determinarea componentelor torsorului redus (F,M)rezredus

Sarcini inerțiale și gravitaționale generate de obiectul manipulat

Pentru calculule cinematice de determinare a încărcărilor aplicate ansamblului general al RI, sunt necesare patru care stau baza întregului algoritm:

Calcului vitezei unghiulare, care este dată din temă de proiect, însă ea este dată în grade/s iar în calcule este necesară unitatea râd/s, astfel ea trebuie transformată în radiani pe secundă și redusă la 75% din valoarea maximă. Astfel, viteză unghiulară:

Calculul accelerației unghiulare, care se calculează cu viteză unghiulară calculată mai devreme (sau folosind tot valoarea maximă a vitezei în radiani/s dar reducând-o la 75%):

Forța centrifugă:

unde: mi – masa obictului; ωi – viteză unghiulară; Ri – raza de la centrul de rotație la obiect;

Forța tangențiala:

unde: mi – masa obictului; εi – viteză unghiulară; Ri – raza de la centrul de rotație la obiect.

Greutatea:

G6 = m6·g = 2·9,80665 = 19.6133 N

unde: m6 – masa obiectului; g – accelerația gravitațională.

Forța centrifugă și tangențiala generată de cupla 1:

R61 = l2 + l3 + l4 + l5 + l6 = 1,701 m

unde: m6 – masa obiectului; ω1 – viteză unghiulară; ε1 – viteză unghiulară; R61 – raza de la centrul de rotație la centrul de greutate al obiectului și este compusă din distanțele între centrele cuplelor robotului.

Forța centrifugă și tangențiala generată de cupla 2:

R62 = l2 + l3 + l4 + l5 + l6 = 1,589 m

unde: m6 – masa obiectului; ω2 – viteză unghiulară; ε2 – viteză unghiulară; R62 – raza de la centrul de rotație la centrul de greutate al obiectului și este compusă din distanțele între centrele cuplelor robotului.

Forța centrifugă și tangențiala generată de cupla 3:

R63 = l3 + l4 + l5 + l6 = 0.661 m

unde: m6 – masa obiectului; ω3 – viteză unghiulară; ε3 – viteză unghiulară; R63 – raza de la centrul de rotație la centrul de greutate al obiectului și este compusă din distanțele între centrele cuplelor robotului.

Forța centrifugă și tangențiala generată de cupla 4:

R64 = l4 + l5 + l6 = 0,561 m

unde: m6 – masa obiectului; ω4 – viteză unghiulară; ε4 – viteză unghiulară; R64 – raza de la centrul de rotație la centrul de greutate al obiectului și este compusă din distanțele între centrele cuplelor robotului.

Forța centrifugă și tangențiala generată de cupla 5:

R64 = l4 + l5 + l6 = 0,141 m

unde: m6 – masa obiectului; ω4 – viteză unghiulară; ε4 – viteză unghiulară; R64 – raza de la centrul de rotație la centrul de greutate al obiectului și este compusă din distanțele între centrele cuplelor robotului.

Momentul de inerție generat de cupla 6:

Mt65 = I65 · ε5 = 0,001 · 15.707 = 0,0157 Nm

unde: I65 – momentul de inerție după o axă ce trece prin centrul de greutate al obiectului în cauză și este calculat în funcție de volumul și masa acestuia cu ajutorul programului CĂȚIA V5 R19; ε5 – viteză unghiulară.

Sarcini inerțiale și gravitaționale generate de gripper

Greutatea:

G5 = m5·g = 4.2·9,80665 = 41,8793 N

unde: m5 – masa gripper-ului; g – accelerația gravitațională.

Forța centrifugă și tangențiala generată de cupla 1:

R51 = l2 + l3 + l4 + l5 +lc6 = 1.596 m

unde: m5 – masa gripper-ului; ω1 – viteză unghiulară; ε1 – viteză unghiulară; R51 – raza de la centrul de rotație la centrul de greutate al gripper-ului și este compusă din distanțele între centrele cuplelor robotului și distanță de la ultima cupla la centrul de greutate al gripper-ului – lc5.

Forta centrifuga si tangentiala generata de cupla 2:

R52 = l2 + l3 + l4 + l5 +lc6 = 1.484m

unde: m5 – masa gripper-ului; ω2 – viteză unghiulară; ε2 – viteză unghiulară; R52 – raza de la centrul de rotație la centrul de greutate al gripper-ului și este compusă din distanțele între centrele cuplelor robotului și distanță de la ultima cupla la centrul de greutate al gripper-ului – lc5.

Forța centrifugă și tangențiala generată de cupla 3:

R53 = l5 +lc6 = 0,754 m

unde: m5 – masa gripper-ului; ω3 – viteză unghiulară; ε3 – viteză unghiulară; R53 – raza de la centrul de rotație la centrul de greutate al gripper-ului și este compusă din distanțele între centrele cuplelor robotului și distanță de la ultima cupla la centrul de greutate al gripper-ului – lc5.

Forța centrifugă și tangențiala generată de cupla 4:

R54 = l5 +lc6 = 0,754 m

Forța centrifugă și tangențiala generată de cupla 5:

R54 = l5 +lc6 = 0,114 m

unde: m5 – masa gripper-ului; ω4 – viteză unghiulară; ε4 – viteză unghiulară; R54 – raza de la centrul de rotație la centrul de greutate al gripper-ului și este compusă din distanțele între centrele cuplelor robotului și distanță de la ultima cupla la centrul de greutate al gripper-ului – lc5.

Momentul de inerție generat de cupla 6:

Mt55 = I55 · ε5 = 0,001 · 9.424 = 0,09 Nm

unde: I55 – momentul de inerție după o axă ce trece prin centrul de greutate al gripper-ului în cauză și este calculat în funcție de volumul și masa acestuia cu ajutorul programului CĂȚIA V5 R19; ε4 – viteză unghiulară.

Sarcini inerțiale și gravitaționale generate de sistemul de orientare

Greutatea:

G4 = m4·g = 1.94·9,80665 = 19,024 N

unde: m4 – masa sistemului de orientare; g – accelerația gravitațională.

Forța centrifugă și tangențiala generată de cupla 1:

R41 = l2 + l3 + lc4 = 1.370 m

unde: m4 – masa sistemului de orientare; ω1 – viteză unghiulară; ε1 – viteză unghiulară; R51 – raza de la centrul de rotație la centrul de greutate al sistemului de orientare și este compusă din distanțele între centrele cuplelor robotului și distanță de la ultima cupla la centrul de greutate al sistemului de orientare – lc4.

Forța centrifugă și tangențiala generată de cupla 2:

R42 = l2 + l3 + lc4 = 1.270 m

unde: m4 – masa sistemului de orientare; ω2 – viteză unghiulară; ε2 – viteză unghiulară; R52 – raza de la centrul de rotație la centrul de greutate al sistemului de orientare și este compusă din distanțele între centrele cuplelor robotului și distanță de la ultima cupla la centrul de greutate al sistemului de orientare – lc4.

Forța centrifugă și tangențiala generată de cupla 3

R43 = l3 + lc4 = 0,590 m

unde: m4 – masa sistemului de orientare; ω3 – viteză unghiulară; ε3 – viteză unghiulară; R53 – raza de la centrul de rotație la centrul de greutate al sistemului de orientare și este compusă din distanțele între centrele cuplelor robotului și distanță de la ultima cupla la centrul de greutate al sistemului de orientare – lc4.

Sarcini inerțiale și gravitaționale generate de braț

Greutatea:

G3 = m3·g = 19.8·9,80665 = 194.17 N

unde: m3 – masa brațului; g – accelerația gravitațională.

Forța centrifugă și tangențiala generată de cupla 1:

R31 = l2 + lc3 = 1.150 m

unde: m3 – masa antebrațului; ω1 – viteză unghiulară; ε1 – viteză unghiulară; R51 – raza de la centrul de rotație la centrul de greutate al antebrațului și este compusă din distanțele între centrele cuplelor robotului și distanță de la ultima cupla la centrul de greutate al antebrațului – lc3.

Forța centrifugă și tangențiala generată de cupla 2:

R32 = l2 + lc3 = 1.050 m

unde: m3 – masa antebrațului; ω2 – viteză unghiulară; ε2 – viteză unghiulară; R52 – raza de la centrul de rotație la centrul de greutate al antebrațului și este compusă din distanțele între centrele cuplelor robotului și distanță de la ultima cupla la centrul de greutate al antebrațului – lc3.

Forța centrifugă și tangențiala generată de cupla 3:

R33 = lc3 = 0.402 m

unde: m3 – masa antebrațului; ω3 – viteză unghiulară; ε3 – viteză unghiulară; R53 – raza de la centrul de rotație la centrul de greutate al antebrațului și este compusă din distanțele între centrele cuplelor robotului și distanță de la ultima cupla la centrul de greutate al antebrațului – lc3.

Sarcini inerțiale și gravitaționale generate de modulul de rotație al cuplei 3 și antebraț

Greutatea:

G2 = m2·g = 18.1·9,80665 = 177.488 N

unde: m3 – masa cupla 3 – segment braț; g – accelerația gravitațională.

Forța centrifugă și tangențiala generată de cupla 1:

R21 = l2 +lc3 = 0,650 m

unde: m2 – masa cupla 3 – segment braț; ω1 – viteză unghiulară; ε1 – viteză unghiulară; R51 – raza de la centrul de rotație la centrul de greutate al cupla 3 – segment braț și este compusă din distanțele între centrele cuplelor robotului și distanță de la ultima cupla la centrul de greutate al cupla 3 – segment braț – lc2.

Forța centrifugă și tangențiala generată de cupla 2:

R32 = lc3 = 0,402 m

unde: m2 – masa cupla 3 – segment braț; ω2 – viteză unghiulară; ε2 – viteză unghiulară; R52 – raza de la centrul de rotație la centrul de greutate al cupla 3 – segment braț și este compusă din distanțele între centrele cuplelor robotului și distanță de la ultima cupla la centrul de greutate al cupla 3 – segment braț – lc2.

2.3. Calcule cinematice specifice ansamblurilor parțiale de proiectat

Determinarea sarcinilor inerțiale și gravitaționale care încarcă gripperul

Toate forțele inerțiale datorate mișcărilor pe care le face robotul în timpul funcționarii cu obiectul prins în gripper, dar și greutatea proprie a corpului tind să îl smulgă dintre ventuzele end-effecto-rului. De aceea, forța de strângere a gripperul trebuie calculată în primul rând cu aceste forțe în vedere ,căutându-se configurația cea mai defavorabilă adică acea poziție a robotului în care forțele ce tind să scoată obiectul dintre bacuri sunt maxime. Astfel, se compară două variante posibile, două configurații diferite ale robotului în care se vor calcula forțele inerțiale și gravitaționale ce acționează asupra corpului manipulat.

Prima configurație este cea în care brațul robotului este întins paralel cu solul și cu axa de pitch în lungul brațul, cu gripperul orientat paralel cu solul așa cum se prezintă în figură 2.8

Sarcinile inerțiale și gravitaționale ce rezultă din această configurație sunt:

Greutatea:

G9 = m9·g = 2·9,80665 = 19.6133 N

unde: m9 – masa obiectului; g – accelerația gravitațională.

Forța centrifugă și tangențiala generată de cupla 1:

R91 = l2 + l3 + l4 + l5 + l6 = 1,701 m

unde: m9 – masa obiectului; ω1 – viteză unghiulară; ε1 – viteză unghiulară; R91 – raza de la centrul de rotație la centrul de greutate al obiectului și este compusă din distanțele între centrele cuplelor robotului.

Forța centrifugă și tangențiala generată de cupla 2:

R62 = l2 + l3 + l4 + l5 + l6= 1,589 m

unde: m9 – masa obiectului; ω2 – viteză unghiulară; ε2 – viteză unghiulară; R92 – raza de la centrul de rotație la centrul de greutate al obiectului și este compusă din distanțele între centrele cuplelor robotului.

Forța centrifugă și tangențiala generată de cupla 3:

R63 = l3 + l4 + l5 + l6 = 0.661 m

unde: m9 – masa obiectului; ω3 – viteză unghiulară; ε3 – viteză unghiulară; R93 – raza de la centrul de rotație la centrul de greutate al obiectului și este compusă din distanțele între centrele cuplelor robotului.

Forța centrifugă și tangențiala generată de cupla 4:

R64 = l4 + l5 + l6= 0,561 m

unde: m6 – masa obiectului; ω4 – viteză unghiulară; ε4 – viteză unghiulară; R64 – raza de la centrul de rotație la centrul de greutate al obiectului și este compusă din distanțele între centrele cuplelor robotului.

Forța centrifugă și tangențiala generată de cupla 5:

R95 = l4 + l5 = 0,141 m

unde: m9 – masa obiectului; ω5 – viteză unghiulară; ε5 – viteză unghiulară; R95 – raza de la centrul de rotație la centrul de greutate al obiectului și este compusă din distanțele între centrele cuplelor robotului

Momentul de inerție generat de cupla 6:

Mt96 = I96 · ε5 = 0,001 · 15.707 = 0,0157 Nm

unde: I96 – momentul de inerție după o axă ce trece prin centrul de greutate al obiectului în cauză și este calculat în funcție de volumul și masa acestuia cu ajutorul programului SolidEdge ST6; ε6 – viteză unghiulară.

Sumele acestor forțe pe fiecare axă X, Y, Z este:

Fx = Fcf1 + Fcf2 + Fcf3 + Fcf4 + Fcf5 = 74.226 N

Fy = Ftg1 = N

Fz = G + Ftg2 + Ftg3 + Ftg4 + Ftg5 = 61.491 N

Alegerea sistemului gripper:

Cele mai importante date de știut despre ventuzele de vacuum sunt explicate mai jos:

Fig 2.1.19 Forțele generate pe verticală

Fig 2.1.20 Ventuza

Fig 2.1.21 Forța de atracție a ventuzei

Fig 2.1.22 Deplasarea ventuzei la prindere

Despre end-efectori de tip vacuumatic:

Fig 2.1.23

Următoarele calcule se bazează pe aplicația din tema cadru:

Piesa de manipulat:

Material: Carton, manipulat de pe un conveior

Suprafața: nivelată, uscată

Dimensiuni: lungime: max. 800 mm

lățime : max. 600 mm

înălțime: max. 300 mm

masă: aproximativ 2kg

Sistem manipulare:

Sistem folosit: Robot braț articulat 6 axe

Control voltaj: DC 24V

Secvența de lucru: manipulare dintr-un punct în altul cu prinderea și desprinderea obiectului de manipulat la verticală de pe un conveior pe un palet. Ridicare la verticală, deplasată la orizontală, apropiere de punctul de desprindere la verticală. Depozitare pe un palet.

Accelerație maximă: X,Y,Z 0.3 m/s2

Ciclu de lucru:

Timp pentru manipulare: Pentru prindere: ~1s

Pentru desprindere: ~1s

Calculul teoretic al forței de absorbție a unei ventuze

Cazul 1 – Ventuza așezată orizontal, iar direcția forței verticală

Fig 2.1.24 Deplasare verticala

Fth= m * (g + a) * S = 2 * (9.81 + 0.3) * 1.5 = 0.03 N

Cazul 2 – Ventuza așezată orizontal, iar direcția forței orizontală

Fig 2.1.25 Deplasare orizontala

Fth= m * (g + a/µ) * S = 2 * (9.81 + 0.3 / 0.5) * 1.5 = 0.031 N

Cazul 3 – Ventuza așezată vertical, iar direcția forței verticală

Fig 2.1.26 Deplasare orizontala

Fth= (m/µ) * (g + a) * S = (2/0.5) * (9.81 + 0.3) * 2 = 0.012 N

Fig 2.1.27 Calcul forta, program Schmalz

Alegerea ventuzei

Fig 2.1.28 Tipuri ventuze Schmalz

Fig 2.1.29 Centru de masă obiect manipulat

Fig 2.1.30 Calculul numărului de ventuze

Fs = Fth / n = 0.03/33 = 0.909 = 1 N

Alegerea elementului de montat

Fig 2.1.31 Elemente de montat Schmalz

Alegerea furtunului de vacuum

Fig 2.1.32 Furtune Schmalz

Fig 2.1.33 Calcul diametru intrare ventuza

Alegerea distribuitorului

Fig 2.1.34 Distribuitoare Schmalz

Alegerea generatorului de vacuum

Fig 2.1.35 Generatoare de vacuum

Calculul raportului de absorbție V[m3/h,l/min], pe care generatorul trebuie să o aplice

V = n * Vs = 55 * 8.3 l/min = 456.5 l/min

Alegerea valvei

Fig 2.1.36 Valve Schmalz

Calculul nominal pentru alegerea valvei

Vv = Vve

VV = VVE VV = Nominal flow of valve [m3/h, l/min] VVE = Existing suction rate of vacuum generator [m3/h, l/min]

Alegerea întrerupătorului de vacuum

Fig 2.1.37 Intrerupatoare vacuum

Calculul timpului de evacuare

Fig 2.1.38 Calcul timp evacuare

Vg= V1+V2+V3+V4+V5+…

Calcului timpului de evacuare t[h]

t=(Vg * ln(Pa/Pe)*1.3)/V

Simboluri in tehnologia de vacuum

Fig 2.1.39 Simboluri tehnologie vacuum

Fig 2.1.40 Schema pneumatica

Fig 2.1.41 Schema pneumatica

Calculele organologice specifice sistemului de orientare

Fig 2.1.42 Vedere izometrica segmentul axe Pitch-Yow

Fig 2.1.43 Vedere laterala organologie axa 5-6

Fig 2.1.44 Vedere laterala 2 organologie axa 5-6

Fig 2.1.45 Brevet organologie axe 5-6 RI

Alegerea motorului pentru sistemul de orientare

Definiera ciclului de lucru pentru sistemul mecanic acționat ( ciclograma de mișcare )

Fig. 2.1.46 Figurarea forțelor de frecare și de inerție care solicită sistemul în timpul funcționării

Considerând ciclograma de mișcare, următorul pas este figurarea forțelor de frecare și de inerție care solicită sistemul în timpul funcționării ( pentru cele 9 segmete de mișcare corespunzătoare celor 3 faze: faza 1 = poziționare obiect în poziția 1; faza 2= poziționare obiect în poziția 2; faza 3= deplasare în poziția inițială )

Criteriul Cinematic

Pentru alegerea unui motor electric de acționare conform condiției care trebuie îndeplinită conform criteriului cinematic este :

Pentru determinarea Ye se scrie ecuația de transfer pentru lanțul cinematic acționat :

În cadrul ecuației de transfer avem :

Condiția de îndeplinit conform criteriului cinematic este ecuația 1 , iar din ecuația 2 rezulta :

Se alege din catalog gama de motoare selectabile care verifica relația:

Determinarea sarcinii echivalente la nivelul elementului acționat ( Fe)

F = 2 * 10 = 20

Alegere preliminară a motorului : 9C1.1.30.. ..M

Schema cinematică axa 6

Fig 2.1.47 Schema cinematica axa 6

Calculul transmisiei prin curele

Date initiale:

Puterea de calcul la arborele conducator

P= 4.61 kW

Turatia rotii de curea conducatoare

N=2000rpm uc=ic

Raportul de transmitere

Ic=4

Calculul transmisiei

Fig. 2.1.48 Transmisie prin curele

Alegem pentru transmisie curele trapezoidale înguste, de tip SPZ, care se pot utiliza până la viteze periferice v=40 m/s ([1], pag. 396, fig. 17.3). Constructiv alegem diametrul primit al roții de curea conducătoare

Dp1 = 63 mm conform STAS 1162-77

Diametrul primit al roții conduse se calculează

Dp2 = ic*Dp1

Dp2 = 85 mm

turația de intrare

randamentul transmisiilor cu curele trapezoidale

diametrul primitiv al roții mici

diametrul primitiv al roții mari

puterea de transmis

puterea transmisă

momentul de torsiune pe arborele de intrare

momentul de torsiune pe arborele de ieșire

randamentul lagărului pentru o pereche de rulmenți

randamentul roții dințate cilindrice

turația roții de curea conducătoare

turația roții de curea conduse

numărul de dinți la roata conducătoare

numărul de dinți la roata condusă

C=cuplaj

R=reductor

U=utilaj

1.1. Date de bază și formule de calcul:

1.Puterea de calcul la arborele conducător

=0.41

Turația roții de curea conducătoare

Ni= 18000 (grade/s) .

3.Turația roții de curea condusă

Nu= 9000 (grade/s).

4.Regimul de lucru al transmisiei:Motor monofazat cu moment mare de pornire,antrenând un transportor cu bandă;funcționare în două schimburi a câte 8 ore.

5.Raportul de transmitere

iT = 2

= 2 / 2.8

= 1.42

n2= 100

(1.10) n1= 100 * 2.8

N1 = 280 rot⁄min

6.Tipul curelei ales din nomograma pentru curele trapezoidale clasice este SPA

7.Diametrul primitiv al roții mici

Dp1 = 63 mm , Conform STAS 1162-77

8.Diametrul primitiv al roții mari

Dp2 = 1.42 * 60

= 90 mm

9.Diametrul mediu al roților de curea

= 73 mm

10.Diametrul primitiv al rolei de întindere

Dp0 = 1 * 60

= 60 mm

11.Distanța dintre axe

I.Preliminata 0,7(

(1.15)0,7(60+85) ≤ A ≤ 2(60+85)

113.95<A<290

A≈200

1Unghiul dintre ramurile curelei

γ=2arcsin

γ=57 85-60 / 250

γ≈5.7 grade

13.Unghiul de înfășurare la roata mică de curea

26

°=154

14.Unghiul de înfășurare la roata mare de curea

=226

15.Lungimea primitivă a curelei

Lp ~ 2 * 250 + 3.14 * 115.5 + (171-60)2 / 4 * 250 ~ 862.67 + 0.222

Lp = 862,892 ~ 863

16.Se recalculează distanța dintre axe

II.Definitivă pentru

A≈p+

unde: p=0,25*

p=0,25*1829-0,393*(200+380)

p=229,3≈229

q=0,125

q

de unde rezultă

A≈229+

17.Viteza periferică a curelei

v=

)

18.Coeficientul de funcționare

19.Coeficientul de lungime

20.Coeficientul de înfășurare

21.Puterea nominală transmisă de o curea se alege prin interpolare

P0 = 800 * 4.61 / 1200

P0 = 3.73 kW

22.Numarul de curele

I.Preliminar

II.Definitiv

z=1(mm)

23.Coeficientul numărului de curele

24.Numărul de roți ale transmisiei rezultă constructiv

x =2

25.Frecvența încovoierilor curelei

f

26.Forța periferică transmisă

F=

F

27.Forța de întindere a curelei

28.Cotele de modificare a distanței dintre axe

X≥0,03

Y≥0,015

Stabilirea momentului de torsiune

1.Date de bază

1.Valoarea randamentului pentru rulmenți

Valoarea randamentului pentru lagăre

3.Valoarea randamentului pentru curele

Formule de calcul

1.Turația la intrare

Puterea de transmisie la intrare

3.Momentul de torsiune pe arborele de intrare

4.Puterea de transmisie la ieșire

5.Momentul de torsiune pe arborele de ieșire

Angrenaj conic:

Fig 2.1.49 Angrenaj conic

Conurile suplimentare împreună cu dantura existentă pe acestea se pot desfășura în plan, obținându-se un angrenaj cilindric înlocuitor (indice v) cu dantură cilindrică dreaptă. La angrenajul cilindric înlocuitor, se modifică, față de cel conic, diametrele danturii, numerele de dinți, raportul de transmitere și apare distanța dintre axe.

Relațiile de calcul ale principalelor elemente geometrice ale unui angrenaj conic cu dinți drepți, nedeplasat, sunt indicate în tabel:

Profilul de referință exterior standardizat: α =20o; =1; c*ah*=0,25.

Σ = 90o unghiul dintre axe;

– raportul numerelor de dinți.

Pentru stabilirea sistemului de forțe se consideră un angrenaj conic cu unghiul de 90 și cu dinți drepți.

Componenta tangențială la cercul de rulare în secțiunea medie a dintelui cu diametrul se determină ca și în cazul angrenajelor cilindrice cu relația: tFmd

Între diametrele de divizare mediane și cele exterioare se poate scrie relația:

Relațiile de calcul stabilite la angrenajele cilindrice atât din condiția limitării tensiunii de rupere cât și a tensiunii de contact, pot fi ș la roțile conice, dacă acestea se înlocuiesc cu roți cilindrice echivalente. Roțile echivalente se obțin prin secționarea angrenajului conic cu un plan N-N, normal pe generatoarea comună a conurilor de rostogolire , la mijlocul lungimii dintelui. Astfel, în secțiunea N-N se obțin două roți cu dinți drepți a căror centre sunt și obținute la intersecția planului N-N cu axele roților conice. vO1vO2

Legătura dintre elementele roților conice și ale roților echivalente se exprimă prin relațiile de echivalare :

– diametrul de divizare al roții echivalente :

Raportul de transmitere este de:

Proiectarea axei 5

Calculul transmisiei prin curele

Date inițiale:

Puterea de calcul la arborele conducător

P= 0.41 kW

Turația rotii de curea conducătoare

N=18000 rpm uc=ic

Raportul de transmitere

Ic=6

Calculul transmisiei

Fig 2.1.50

Alegem pentru transmisie curele trapezoidale înguste, de tip SPZ, care se pot utiliza până la viteze periferice v=40 m/s ([1], pag. 396, fig. 17.3). Constructiv alegem diametrul primit al roții de curea conducătoare.

Dp1 = 80 mm conform STAS 1162-77

Diametrul primit al roții conduse se calculează

Dp2 = ic*Dp1

Dp2 = 800 mm

turația de intrare

randamentul transmisiilor cu curele trapezoidale

diametrul primitiv al roții mici

diametrul primitiv al roții mari

puterea de transmis

puterea transmisă

momentul de torsiune pe arborele de intrare

momentul de torsiune pe arborele de ieșire

randamentul lagărului pentru o pereche de rulmenți

randamentul roții dințate cilindrice

turația roții de curea conducătoare

turația roții de curea conduse

numărul de dinți la roata conducătoare

numărul de dinți la roata condusă

C=cuplaj

R=reductor

U=utilaj

1.1. Date de bază și formule de calcul:

1.Puterea de calcul la arborele conducător

=4.61

Turația roții de curea conducătoare

Ni= 800 (rot/min) .

3.Turația roții de curea condusă

Nu= 400 (rot/min).

4.Regimul de lucru al transmisiei:Motor monofazat cu moment mare de pornire,antrenând un transportor cu bandă;funcționare în două schimburi a câte 8 ore.

5.Raportul de transmitere

iT = 2

= 2 / 2.8

= 0.71

n2= 100

(1.10) n1= 100 * 2.8

N1 = 280 rot⁄min

6.Tipul curelei ales din nomograma pentru curele trapezoidale clasice este SPA

7.Diametrul primitiv al roții mici

Dp1 = 60 mm , Conform STAS 1162-77

8.Diametrul primitiv al roții mari

Dp2 = 0.71 * 60

= 85 mm

9.Diametrul mediu al roților de curea

= 73 mm

10.Diametrul primitiv al rolei de întindere

Dp0 = 1 * 60

= 60 mm

11.Distanța dintre axe

I.Preliminata

0,7((1.15)0,7(60+85) ≤ A ≤ 2(60+85)113.95<A<290

A≈250

1Unghiul dintre ramurile curelei

γ=2arcsin

γ=57 85-60 / 250

γ≈5.7 grade

13.Unghiul de înfășurare la roata mică de curea

26

°=154

14.Unghiul de înfășurare la roata mare de curea

=226

15.Lungimea primitivă a curelei

Lp ~ 2 * 250 + 3.14 * 115.5 + (171-60)2 / 4 * 250 ~ 862.67 + 0.222

Lp = 862,892 ~ 863

16.Se recalculează distanța dintre axe

II.Definitivă pentru

A≈p+

unde: p=0,25*

p=0,25*1829-0,393*(200+380)

p=229,3≈229

q=0,125

q

de unde rezultă

A≈229+

17.Viteza periferică a curelei

v=

)

18.Coeficientul de funcționare

19.Coeficientul de lungime

20.Coeficientul de înfășurare

21.Puterea nominală transmisă de o curea se alege prin interpolare

P0 = 800 * 4.61 / 1200

P0 = 3.73 kW

Numărul de curele

I.Preliminar

II.Definitiv

z=1(mm)

23.Coeficientul numărului de curele

24.Numărul de roți ale transmisiei rezulta constructiv

x =2

25.Frecvența încovoierilor curelei

f=

f

26.Forța periferică transmisă

F=

F

27.Forța de întindere a curelei

28.Cotele de modificare a distanței dintre axe

X≥0,03

Y≥0,015

Stabilirea momentului de torsiune

1.Date de bază

1.Valoarea randamentului pentru rulmenți

Valoarea randamentului pentru lagăre

3.Valoarea randamentului pentru curele

Formule de calcul

1.Turația la intrare

Puterea de transmisie la intrare

3.Momentul de torsiune pe arborele de intrare

4.Puterea de transmisie la ieșire

5.Momentul de torsiune pe arborele de ieșire

Capitolul 3: Sinteza de ansamblu a aplicației robotizate proiectate

3.1. Prezentarea ansamblului general al aplicației robotizate / sistemului tehnic realizat.

Fig.3.1.1 Celula monobloc paletizare

In celula din figura Fig.3.1.1 se pot regasi urmatoarele echipamente :

1. Cadru celula monobloc

2. Controller Kawasaki E42, Teach Pendant cu ecran color 6.4” TFT

3. Robot Kawasaki FS10E

4. Post lucru cu palet pentru incarcarea cutiilor

5. Suport de suprainaltare al robotului

6. Gripper Schmalz FX vacuumatic , cu structura de aluminiu pentru o masa cat mai mica

Mod de lucru :

Cutiile sunt transportate catre zona de lucru al robotului , pe conveiorul cu role. Odata ajunse in punctul de preluare de catre robot(3.) , cutia este ridicata de pe conveior cu ajutorul gripper-ului vacuumatic(6.) . In functie de programarea schemei de paletizare, produsele sunt asezate de robot, pe palet in posturile de lucru(4.).

1. Cadru celula monobloc

Celula din tema , este o celula monobloc , ce poate fi transportata cu ajutorul unui sistem de transport (stivuitor) , dintr-un punct de lucru in altul in functie de necesitate , fara a mai fii nevoit sa se demonteze subansamblurile aflate in celula si remontate in noul punct de lucru . Pentru a putea face acest lucru , celula are nevoie de un cadru , care sa sustina toate subansambluri aflate in celula de paletizare (robot , controller , gard protectie ,etc.)

2. Controller Kawasaki E42

Fig.3.1.2 Controller Kawasaki

6. Gripper

Fig.3.1.3 Gripper vacuumatic Schmalz

Fig.3.1.4 Gripper vacuumatic Schmalz, date tehnice

Procesele de paletizare , necesita flexibilitate , acceleratii rapide si timp scurt intre ciclurile de secvente . Gripperul vacuumatic , poate fi construit dupa necesitatea utilizatorului in aplicatia de paletizare si poate ajuta la paletizarea pachetelor de dimensiuni diferite , incluzand , cutii indoite , pachete prinse/capsate , saci , doze , bidoane , s.a.m.d.

Gripper-ul din celula din Fig.2 , este atasat flansei robotului printr-o flansa adaptoare . Cu ajutorul robotului acesta este pozitionat deasupra unui obiect , ce trebuie mutat din punctul a in punctul b . Dupa pozitionare acesta este asezat pe suprafata obiectului , iar cu ajutorul vacuumului creeat in ventuze , obiectul este manipulat si transportat . (Vezi Fig.3)

Pentru a avea o masa mai mica , s-a folosit ca material aluminiul .

In celula din tema , gripper-ul manipuleaza cutii de pe conveiorul extern atasat celulei in partea dreapta a robotului , pana pe paletii din posturile de lucru

Fig.3.1.5 Kawasaki FS10E

Fig.3.1.6 Date tehnice Kawasaki FS10E

3.2. Specificul programării sau simulării asistate a funcționării de ansamblu a aplicației

3.3 Modelarea asistată avansată CAE a comportării de ansamblu a efectorului, utilizând Ansys Workbench

3.3.1. Scopul simulării și verificarea comportării ansamblului în timpul funcționării

Scopul simulării este de a determina și verifică comportarea ansamblului în timpul funcționarii, cinematica robotului și funcționarea brațului 1 al robotului în regim tranzitoriu. Verificarea comportării ansamblului în timpul funcționarii se face cu ajutorul Rigid Dynamics , timpul de funcționare fiind t=1s . În regim tranzitoriu se calculează deplasările totale și tensiunile din brațul I al robotului , pe toată durata funcționării.

3.3.2. Pregătirea modelului

Robotul folosit în cadrul aplicației, este un robot de tip braț articulat cu 6 axe de libertate , Kawasaki FS10E. Caracteristicile tehnice date de producător se regăsesc în (Tabelul 1.)

(Tabelul.1)

Pentru a putea fi analizat în cadrul programului ANSYS 15.0 , modelul 3D al robotului a trebuit curățat , și a suferit mici modificări pentru a fi cât mai aproape de datele din manualul tehnic al acestuia.

În (Tabelul.2), se poate observa că modelul solid 3D al robotului are o masă de 169.968kg, iar în cartea tehnica a robotului, producătorul ne afișează o masă de 170kg. Acest lucru ne ajuta pentru a putea avea o analiză cât mai bună și cât mai aproape de adevăr.

Fig 3.3.2.1

(Tabelul.2)

3.3.3. Analiza cinematică (Rigid Dynamics)

Analiza cinematică are ca scop determinarea pozițiilor, traiectoriilor, vitezelor și accelerațiilor liniare și unghiulare ale unor puncte caracteristice, respectiv ale elementelor mecanismului, în perioada unui ciclu geometric al mișcării, când se cunoaște atât structura și geometria mecanismului, cât și mișcarea elementului conducător (poziția, viteza și accelerația elementului conducător), fără însă a se lua în considerare forțele care provoacă mișcarea. Ciclul geometric al mișcării unui mecanism reprezintă perioada minimă de timp după care elementele mecanismului ajung în aceleași poziții. Pentru calculul cinematic există metode: grafice, grafo-analitice, analitice și numerice.

Analiza cinematică în ANSYS (modulul Rigid Dynamics) este folosită pentru stabilirea solicitărilor în cuplele cinematice. Este o analiză recomandată pentru roboți, precede orice analiză statică sau dinamică și dispune de un solver dedicat: ANSYS Rigid Dynamics solver. Deoarece în industrie acest tip de analiză se face cu programul ADAMS, ANSYS are funcționalități extinse pentru conexiunea cu acest program.

Datele de intrare în analiză sunt: forțe, momente, deplasări, viteze și accelerații. Toate componentele ansamblului sunt considerate rigide, iar programul nu calculează tensiuni sau deformații, ci numai forțe, momente, deplasări, viteze și accelerații – ca rezultate. Programul incrementează automat timpul, făcând calculele iterativ.

Fig. 3.3.2.2 Axele de rotație

În Fig. 3.3.2.2 Axele de rotație este prezentată structura robot cu cele 6 axe de rotație și poziționarea acestora pe întreaga structură , iar în Fig.3 se pot observa vitezele de rotație implementate pe fiecare axă (vitezele maxime date în fișa tehnică a robotului (Tabelul.1) ) . Vitezele sunt inserate în radiani pe secundă , s-a făcut conversia după formula 1 g = 0.015707963267949 râd.

Fig.3.3.2.3 Vitezele maxime de rotație pe fiecare axă

Fig. 3.3.2.4 – Forța aplicată

După definirea vitezelor de rotație , s-a definit forța de 100N , ce înlocuiește kgf pe care le avem de la efector și de la obiectul ce trebuie manipulat , că în Fig.4 . Aplicarea forței pleacă din flanșa de ieșire a robotului spre mediul de lucru , NU spre robot .

Pentru analiza cinematica Rigid Dynamics se definesc pentru simularea mișcării robotului în modul de funcționare a aplicației de paletizare în Analysis Settings următoarele (Tabelul.3): numărul de pași , în fiecare pas se definește timpul după care se termină pasul și durata tuturor pașilor.

(Tabelul.3 – Analysis Settings)

După definirea setărilor în Analysis Settings , se realizează setările pentru mișcarea robotului în funcție de pașii selectați. Pentru simularea din tema avem nevoie de o rotație de 90 de grade la bază ca în (Fig.5), de o rotație a segmentului 1 cu 70 de grade ca în (Fig.6) și de o rotație în cupla 3 cu 15 grade ca în (Fig.7).

Fig.3.3.2.5 Rotație la bază

Fig.3.3.2.6 Rotația segmentului 1

Fig.3.3.2.7 Rotația cuplei 3 de rotație

Fig.3.3.2.8 Cinematica robotului Kawasaki FS10E

În urma simulării , solver-ul ne întoarce rezultate pentru deformațiile totale , vitezele totale , accelerațiile totale și energie, așa cum se poate observa în următoarele figuri de mai jos. Rezultatele sunt sub formă de grafice pentru toți cei 4 pași definiți în Analysis Settings, cu rotațiile din figurile de mai sus.

Fig.3.3.2.9 Deformațiile totale

Fig.3.3.2.10 Viteze totale

Fig. 3.3.2.11 Accelerații totale

Fig. 3.2.12 Energiile din structura

Analiza tranzitorie

După efectuarea cinematicii robotului în Rigid Dynamics, duplicam în fereastra de lucru (Project Schematic) și schimbăm cu Transient Strctural . Prin duplicare și plasarea Transientului în locul Rigid Dynamics(2) , se păstrează Geometria și Modelul construite în Rigid Dynamics . Acest lucru se face apăsând în fereastra de Rigid Dynamics click 2, după care click pe instrumentul Duplicate. După ce s-a ajuns în pasul că în figură (Fig.13) de mai jos, se poate opera fereastra Transient .

Fig. 3.3.2.13

În modul transient se va calcula pentru segmentul 1 al robotului deformația totală , precum și tensiunile interioare , pe o perioadă de lucru (cea definită în Rigid Dynamics) . Pentru că acest lucru să fie posibil , trebuie să se aplice pentru segmentul 1 din fereastră Geometry din tab-ul specific, transformarea sa din Rigid în Flexible . Păstrăm mișcările pentru cuplele 2 și 3 de rotație cele specifice segmentului 1, cuplele din partea inferioară și partea superioară. După aceste setări , se va creea un mesh că în Fig.14. Trebuie să ne asigurăm că este un meshing cât mai bun pentru ceea ce ne interesează .

Fig. 3.3.2.14 – Discretizare segm.1

După efectuarea mesh-ului, putem să rezolvăm partea de rezultate, deci în modul de Solution, ne interesează Total Deformation și Equivalent Stress (von-Mises). După Solve , vom interpreta rezultate afișate că în figurile de mai jos. Putem observa că avem deformații normale iar tensiunile interioare își fac apariția și nu sunt deloc neglijente pentru cele 10 kgf (100N) . Dat fiind că se folosește maximul admis de către producător pentru încărcări, putem concluziona că robotul se poate folosi pentru aplicația de paletizare din celulă de paletizare .

Fig. 3.3.2.15 Deformatii totale

Fig. 3.3.2.16 Grafic deformatie totala

Fig. 3.3.2.17

Fig. 3.3.2.18

Fig. 3.3.2.19

Concluzie:

În concluzie , după efectuarea unei mici simulări a deplasărilor pe care le face cel mai des robotul în celulă de paletizare monobloc, în modului Rigid Dynamics și după aplicarea încărcărilor maxime folosite la end-efector, în modul Transient Structural, am observat că există tensiuni interioare sesizabile, dar nu sunt într-atât de mari pentru a creea probleme sistemului operațional din celulă de proiectat.

CAPITOLUL 4

Proiectarea tehnologiei de fabricare a reperului

Reper: Bucșa cuplare

Fig 4.1 Bucșa cuplare

4.1. Date inițiale generale

● Reper: Bucșa Cuplare

● Programa de producție: 3000 buc / an.

● Unitatea de producție: Iancu S.A.

● Obiectiv principal: introducerea unei noi tehnologii.

● Fond real de timp: 255*2*1 = 1040 ore/an.

● Cerința economică: cost minim.

4.2. Date constructiv- funcționale

4.2.1. Schițe constructive

4.2.1.1 O schiță inițială a produsului “ Bucșa Cuplare” se prezintă în fig. 4.2.1.1.1

Fig 4.2.1.1.1

O schiță a produsului “ Bucșa Cuplare” se prezintă în fig. 4.2.1.1.2, unde Sk,
k = 1, 2, … sunt suprafețele definitorii.

Fig 4.2.1.1.2

4.2.2. Caracteristici constructive prescrise

Caracteristicile suprafețelor

Caracteristicile principale ale suprafețelor Sk se prezintă în tabelul 4.2.1.

Abaterile limită pentru dimensiunile liniare [ISO 2768] sunt prezentate în tabelul 4.2.2

Caracteristici de material prescrise

Materialul pentru piesa de tip bucșa de cuplare este C45

Elementele chimice principale sunt prezentate în tabelul 4.2.3

Tratamentul termic este de recoacere detensionare, care are ca scop înlăturarea tensiunilor interne.

Proprietățile fizico – mecanice principale sunt prezentate în tabelul 4.2.4.

Masa

Astfel, masa produsului, m, este:

m = 0.296 kg.

Clasa de piese

Având în vedere formă de gabarit, forma și poziția suprafețelor componente, se apreciază că produsul face parte din clasa Bucșe

4.2.3. Funcțiile reperului și suprafețelor

Funcțiile reperului

Funcția reperului, în principal, este de a face legătura între două componente mecanice

Funcțiile suprafețelor

Funcțiile suprafețelor sunt prezentate în tabelul 4.2.5.

4.3 Tehnologicitate

a. Gradul de unificare a elementelor constructive (λe)

Gradul de unificare a elementelor constructive, λe, este:

λe = ed / et , λe (0; 1]

unde "ed" este numărul dimensiunilor diferite, iar "et" – numărul total al elementelor.

Se analizează grupele principale de caracteristici geometrice, după cum urmează.

(1) Găuri cilindrice: 1xφ37, 1xφ38, 1xφ52, 1xφ41, 1xφ50, 1xφ62, 1xφ65.5, 1xφ68, 1xφ9, 1xφ10,

(2) Teșituri: 2x (0.5×450), 2 x (1.5 x 450)

(3) Găuri filetate 1x(M64x1.5)

Rezultă: λe1 =10/10 = 1

λ e2 = 2/4=0.5

λ e3 = 1/1=1

Astfel, gradul mediu de unificare constructivă este

= 0.5

b. Concordanța dintre caracteristicile constructive prescrise și cele impuse de rolul funcțional / tehnologic

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

λc = …. .

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

Analiza caracteristicilor prescrise ansamblului și reperului prin proiectul inițial a reliefat că
j = … caracteristici prescrise reperului nu sunt în concordanță cu cele impuse de cerințele funcțional-tehnologice. Astfel, inițial, λci, este

λci = ( ct – j) / ct

S-au propus următoarele modificări (v. § 1.2.2):

(1) prescrierea condiției de perpendicularitate, urmare a anulării condițiilor de paralelism și de bătaie S15 ;

(2) modificarea rugozității unor suprafețe;

După operarea modificărilor propuse:

λc = 1.

c. Condiții de tehnologicitate impuse de unificarea constructivă

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

d. Condiții de tehnologicitate impuse de procedeele tehnologice

Condițiile de tehnologicitate impuse de procedeele tehnologice de fabricare sunt prezentate în tabelul 4.3.1

4.4 Semifabricare și prelucrări

4.4.1. Semifabricare

Se cunosc:

– materialul C45 , forma și dimensiunile prescrise (v. desen produs), programa de producție, 3000buc/an;

– caracteristicile semifabricatelor, metodelor și procedeelor de semifabricare.

Având în vedere considerentele de mai sus, se adoptă două variante tehnic-acceptabile de semifabricare, care se prezintă în tabelul 3.1.

Varianta I – Matrițare la cald pe mașina verticală, clasa I de precizie

Adaosuri de prelucrare și abateri limita cf. STAS 7670, clasa I de precizie

Astfel, se adoptă clasa I de precizie.

Caracteristici specifice prescrise semifabricatului (SF1) sunt prezentate în tabelul 4.4.2 și fig. 4.4.1 (după caz și in desenul semifabricatului).

Fig 4.4.1.1 Schița semifabricatului SF1

4.4.2 Prelucrări

Se cunosc:

● caracteristicile geometrice prescrise suprafețelor, materialul prescris, C45, programa de producție, 3000 buc/an;

● caracteristicile semifabricatelor (§3.1);

● caracteristicile diferitelor procedee de prelucrare – prin deformare plastică la rece, așchiere, electroeroziune etc.

Având în vedere considerentele de mai sus, pentru fiecare suprafață sau grup de suprafețe similare, s-au determinat variante tehnic-acceptabile (I, II etc., după caz) privind succesiunea de prelucrări necesare, care se prezintă în tabelul 4.2

4.5 Structura simplificata a proceselor si sistemelorde productie

Se grupeaza prelucrările si alte activităti tehnologice in operatii principale si se determina cel putina doua variante de proces si sitem de productie in structura simplificată, după cum urmează:

4.6 Structura detaliată a proceselor și sistemelor de producție

Structura detaliată a fiecărei variante de proces și sistem tehnologic s-a determinat prin dezvoltarea elementelor structurale preliminare și prin includerea celorlalte elemente definitorii, după cum urmează.

4.6.1 Nomenclatorul, fazele și schemele de orientare-fixare asociate operațiilor

a. Nomenclatorul operațiilor

La fiecare variantă de proces tehnologic, PT1, PT2, … , s-au determinat operațiile complementare și, corespunzător, nomenclatorul operațiilor, care se prezintă în tabelul 1.5.1.1.

4.7 Utilaje si SDV-uri

Avand in vedere continutul operatiilor,dimensiunile de gabarit ale semifabricatului piesei ,pentru fiecare operatie sau grup de operatii s-a determinat utilajul Centru vertical MU 400-VAHaas ST-10.

Utilaje

Avand in vedere continutul operatiilor, dimensiunilor de gabarit ale semifabricatului /piesei , pentru fiecare operatie sau grup de operatii s-a determinat utilajului Hass 10-S (Centru de prelucrat cu 2 arbori)

Fig 4.7.2

Scule si dispozitive port-scule

Avand in vedere tipurile de scule adoptate , continutul fazelor de pe lucrare, caracteristicile specifice ale semifabricatului/piesei, precum si caracteristicile specifice ale utilajului, sculelor si dispozitivelor port-scule pentru fiecare faza sau grup de faze de prelucrare, s au determinat sculele, S, si corespunzator dispozitivele port-scula dupa cum se prezinta in tabelul de mai jos:

Scule si dispozitive port-scula

Scule folosite:

Suport

Bucsa

Portscule folosite:

4.8 Metodele si procedeele de reglare a sistemului tehnologic

Avand in vedere programa de productie (5000 buc/an pentrucarcase; 10000 buc/anpentruarbori) se va alege ca metoda de reglare a sistemelor tehnologice metoda reglarii automate.

4.9 Adaosuri de prelucrare

Pentru determinarea adaosurilor de prelucrare se folosesc doua metode:

-metoda de calcul analitic;

-metoda experimental statistica.

Metoda experimenta statistica stabileste adaosurile de prelucrare cu ajutorul unor standard, normative sau tabele de adaosuri.

Metoda de calcul analitic se bazeaza pe analiza tuturor factorilor care determina marimea adaosului de prelucrare pentru conditiile concrete de efectuare a succesiunii prelucrarile cu prinderile aferente. Se reduce consumul specific de material.

Adaosul de prelucrare intermediar minim se calculeaza cu relatiile urmatoare:

-pentru adaosuri simetrice la suprafete de revolutie exterioare si interioare cu relatia:

2Api min=2Rzi-1+Si-1)+2[mm],

-pentru adaosuri simetrice la suprafete plane opuse, prelucrate simultan:

2Api min=2Rzi-1+Si-1)+2(ρi-1+ [mm],

-pentru adaosuri asimetrice la suprafete plane opuse prelucrate succesiv sau pentru o singura suprafata plana:

Ap imin=(Rzi-1+Si-1)+(ρi-1+,

Unde:Rzi-1 reprezinta inaltimea neregularitatilor profilului rezultata la operatia (faza) precedent i-1;

Si-1=adancimea stratului superficial defect format la operatia (faza) precedent i-1; ρi-1=abaterea spatial formata la operatia (faza) precedent i-1;

Am considerat un adaos de prelucrare de 2mm atat pentru interior cat si pentru exteriorul piesei (carcasa)

4.10 Regimuri de prelucrare

Pentru strunjire

Fig 4.10.1

4.11 Regimuri de prelucrare pentru gaurire

Strunjire interioara, gaurire, filetare

Pozitie 1

Fig 4.11.2

Capitolul 5

Management de proiect

5.1.Descriere

a) Tema principală a proiectului:

b) Obiectivele proiectului

Proiectarea și realizarea unui celule monobloc de paletizare pentru a minimiza timpii de lucru necesari pentru finalizarea procesului produsului final .

c) Condiții:

– derularea proiectului (10 săptămâni);

– proiectarea, realizarea în conformitate cu cerințele beneficiarului;

– testarea înainte de a fi pus în funcționare, în condiții reale în statii speciale.

5.2 Alocarea resurselor

“Intrări”:

Resurse umane:

– manager de proiect;

– inginer mecanic;

– inginer proiectare;

– responsabili cu calitatea;

– responsabili cu marketing ;

– economiști;

– operatori umani;
Resurse materiale:

-paleti, organe de asamblare;

-componente: motoare pneumatice , blocuri de valve , reductoare etc.;

-componente electrice și electronice (cabluri, relee, amplificatoare, convertizoare, controlere);

-unități de calcul.
“Ieșiri”:

– proiectarea integrală a robotului;

– posibila satisfacție a clientului ( loialitate pe viitor);

– termen respectat

e) Dificultățile și riscurile în decursul realizării proiectului:

– ipoteze de calcul greșite;

– erori de calcul;

– organizarea defectuasă ce poate conduce la nerespectarea timpului limită;

– testarea intr-un mod neadecvat.

5.3 Administrarea riscurilor

a) Identificarea riscurilor

– riscuri tehnice:

– oprirea accidentală în timpul lucrului;

-oprirea de urgență a aplicației în cazul intervenției neuatorizate a operatorului uman

– aparitia unor defectiunii in instalatia electrica;

– funcționarea componentelor fără a realiza o operație;

– defectiuni hardware si software ale componentelor.

b) Elaborarea strategiilor împotriva riscurilor

tabelul 5.3.1 Riscuri si măsuri preventive

5.4 Planificarea proiectului

Sarcini de organizare a proiectului

-estimarea bugetului proiectului;

– listarea sarcinilor din cadrul proiectului

-studiul pieții;

-elaborarea documentațiilor ce conțin sarcinile și normativele ce necesită a fi respectate;

-achiziționarea componentelor standardizate

-lansarea în execuție a pieselor ce necesită fabricarea;

-asamblarea prototipului;

-testarea și validarea prototipului;

-primirea și plata serviciilor;

-monotorizarea și inregistrarea progreselor proiectului;

– evalurea rezultatelor obținute în urma testării;

-monitorizarea publicității și lansarea produsului;

-validarea finală a bugetului;

-validarea publicității;

-validarea produsului final.

Sarcinile enumerate mai sus sunt împărțite în 6 etape majore:

1)Planificare și concepție

– lansarea proiectului;

-verificarea produselor /serviciilor similare

– crearea unui design global al proiectului;

– validarea design- ului global al proiectului;

– estimarea bugetului;

– validarea bugetului final.

2)Aprovizionarea mediului de asamblare cu resursele necesare :

– cumpărarea pieselor standard

-achiziționarea componentelor existente pe piață

3)Fabricarea:

– fabricarea pieselor proiectate

-asamblarea reperelor fabricate in vedere obținerii unor componente ce pot fi automatizate .

4)Validarea:

-validarea asamblării;

– validarea automatizării in mediul de programare offline

– validarea produsului final în mediul de lucru real.

5)Rețea:

– recepționarea și plată pentru: publicitate, ingineri, operati, etc.

6)Monitorizarea proiectului:

– urmărirea derulării proiectului;

– urmărirea studiului de piață;

– finalizarea proiectului.

Capitolul 6

6.1 Generalitati

Fig.6.1.1

Tema:

Robot industrial cu arhitectură generală de tip braț articulat

integrat într-o celulă monobloc de paletizare. (Fig.1)