UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTIFACULTATEA DE INGINERIE SI MANAGEMENTUL SISTEMELOR TEHNOLOGICECATEDRA DE MASINI SI SISTEME DE PRODUCTIESPECIALIZAREA ROBOTI INDUSTRIALI

PROIECTC.E.S.P.R.

Titular Curs: Prof. Dr. Ing. NICOLESCU ADRIANIndrumator Proiect:Drd. Ing. Ivan Mario

Studenti: Grupa 641 BB

2013-2014

Cuprins:

Capitolul 1. Implementarea robotilor industriali in aplicatii de sudare robotizata cu arc electric

Capitolul 2. Prezentarea componentelor celulei robotizate

Capitolul 3. Prezentarea generala a celulei robotizate proiectate

Bibliografie

Cap I: Implementarea robotilor industriali in aplicatii de sudare robotizata cu arc electricImplementarea robotilor industriali in sisteme de productie este strict dependent de specificul si caracteristicile exploatarii sistemului de productie robotizat in care acestia se integreaza. Din acest punct de vedere structura sistemelor de productie robotizate este influentata de:

Categoriile de repere supuse operatiei de prelucrare: Repere cu configuratie simpla; Repere cu configuratie complexa.

Forma cordoanelor de sudare de pe piesa care determina: Numar de grade de libertate sumplimentare aferente sistemelor perirobotice necesare realizarii reperelor.

Dimensiunile/gabaritul pieselor corelativ cu modul de amplasare a RI in cadrul aplicatiei: Mici (small scale systems): Sudate individuale; Sudate in grup.

Medii (medium scale systems); Mari (large scale systems).

Programa de fabricatie specifica pentru sistemul respective de productie: Diversitatea tipologica a reperelor sudate; Numarul de repere pe lot.

1.1Structura completa a aplicatiilor robotizate pentru realizarea de sudare cu arc electric

In structura unei CFF pentru sudare robotizata cu arc electric sunt incluse:

Robotul (robotii) industrial(i) usual de tip brat articulat; Postament / structura portanta pentru pozitionarea / deplasarea bazei robotului; Echiparea tehnologica: Efector(i) specializat(i) de tip torta de sudare cu arc electric; Sistemul de avansare automata a electrodului de sudare cu arc electric (sarma calibrata, infasurata pe tambur); Sistemul de racire fortata a tortei de sudare; Sursa (transformatorul) de sudare; Sistemul de furnizare a gazului de asistenta (lucru) pentru sudarea cu arc electric.

Sistemul perirobotic de orientare suplimentare a semifabricatului; Panoul de control pentru operatorul uman; Sistemul de management al tortei de sudare (curatare + calibrare); Controlerul (echipamentul de comanda si programare a) robotului; Controlerul (echipamentul de comanda) de proces tehnologic pentru operatii de sudare cu arc electric; Panouri de delimitare a spatiului de lucru

1.2Elemente component, principia de conceptie si exemple de realizare a celulelor flexibile de sudare robotizate pentru piese de dimensiuni mici:

1. Sistem perirobotic de orientare a semifabricatului, cu doua posturi de lucru;2. Torta de sudare;3. Robot industrial tip brat articulat pentru aplicatia de sudare;4. Postament pentru robot.

Fig. 1

1.3Elemente componente, principii de conceptie si exemple de realizare a celulelor flexibile de sudare robotizat pentru piese de dimensiuni medii:

Principiul 1: 2 sisteme perirobotice de aceeai parte/ 1 ax de deplasare la sol a robotului

Fig. 2

Principiul 2: 6 sisteme perirobotice + 1 ax de deplasare la sol a robotului; 2 sisteme perirobotice cu un post cu 1 micare de orientare; 2 sisteme perirobotice cu 2 posturi cu 2 micri de orientare; 2 sisteme perirobotice cu 2 posturi cu 0 micri orientare.

Fig. 3

Principiul 3: 4 sisteme perirobotice de ambele pri cu 1 micare de orientare a semifabricatului; 1 ax de deplasare la sol a coloanei de suspendare a robotului (Varianta 1); 1 axa de deplasare la sol a robotului (Varianta 2).Varianta 1 Varianta 2

Fig. 4

1.4 Elemente componente, principii de concepie si exemple de realizare a celulelor flexibile de sudare robotizat pentru piese de dimensiuni mari:

Fig. 5

Concluzii:Tipul celulei flexibile de sudare robotizata in care se incadreaza celula de proiectat este cel prezentat in figura 4 din subcapitolul 1.3.Unul din cei mai importanti factori care determina alegerea unei celule il constituie tipul si dimensiunea pieselor ce se prelucreaza. In functie de aceasta se aleg atat gradele de libertate ale robotului, cele suplimentare de pozitionare ale robotului cat si gradele de libertate suplimentare de orientare a semifab ricatului aferente sistemelor perirobotice. Toate acestea au o dimensiune dictata in mod direct de catre gabaritul semifabricatului.Totodata structura unei celule este influentata de productia, tipul si procesul de fabricatie a produsului ce se fabrica in cadrul celulei robotizate.In acest sens, avand in vedere cele 3 principii prezentate mai sus si tema proiectului putem incadra celula studiata in principiul 3 care presupune o celula de tip Medium Scale cu un robot de sudare suspendat pe o structura portanta mobila la sol, mai multe posturi de lucru si sistem automat de management al tortei de sudare.In cadrul celulei sunt prezentate elemente componente dupa cum urmeaza:1- Structura portanta cu 4 grade de libertate: primul grad de libertate fiind deplasarea pe axa X a intregii structuri, al doilea grad de libertate este o rotatie la baza structurii in jurul axei Z, al treilea grad de libertate reprezinta deplasarea partii superioare a robotului de-a lungul axei Z aferente coloanei iar al patrulea grad de libertate este o translatie de-a lungul partii superioare a structurii portante.2- Doua sisteme perirobotice RM2-S3N de orientare suplimentara a semifabricatubului avand 1 grade de libertate3- Doua sisteme perirobotice fiecare alacatuit din sistenul SPB2000 si SPD 500 4- 2Doua sisteme perirobotice MT1 1000-S2N

1

43

CAP II: Prezentarea componentelor celulei robotizate

2.1 Prezentarea generala a robotului COMAU Smart Six

SMART SiX este familia de roboti COMAU proiectati pentru a fi utlizati in operatiuni specifice precum ar fi manipulari de sarcini mici sau sudare cu arc electric. Principalele caracteristici are robotului sunt prezentate mai jos: Proiectat din start pentru a fi utilizat cu o varietate de dispozitive optionale; Lubrefiere cu ulei pentru toate reductoarele, exceptand axele 5 si 6 care sunt lubrefiate cu vaselina; Posibilitate de conectare la antebrat pentru sisteme electice si pneumatice; Dimensiunea mica a incheieturii ofera posibilitate de orientare in spatii mici; Repetabilitate mare; Nivelul de protectie al robotului este IP65; Nu exista dispozitive specifice pentru compensare pe axe.

Actionarea axelor este controlata de motoare tip brushless cu transmisie directa a miscarii pe axele 1-2-3-4, prin reductoare cu roti dintate, pe cand pentru axele 5-6 transmisia se faci prin curele spre un reductor de tip armonic.

Echiparea robotului principal contine: O flansa de adaptare pentru echipament de sudare; O linie pneumatica interna cu conexiuni superioare in partea din spate a bratului robotic; Cablare ce reprezinta o linie de actionare cu un conector pe flansa superioara, langa conectarea pneumatica; Suprafete plane si gauri filetate pe partea superioara a bratului, care pot fi folosite pentru a asamble elemente de montare (servovalve, transformer, etc).

O echipare specifica este disponibila pentru robotul SMART SiX pentru sudare cu arc electric, ce include electrodul, intinzatorul, torata si echipamentul de pe robot.

Specificatii tehnice:

ModelSix6 1.4 Arc

Numar de axe6

Sarcina pe incheietura (Kg)6

Sarcina suplimentara pe brat (Kg)10

Cuplu pe axe (Nm)411.7

511.7

65.8

Miscare (limite si viteze)1170140 /s

2+155 - 85160 /s

30 - 170170 /s

4210450 /s

5130375 /s

62700550 /s

Repetabilitate ISO 9283 (mm)0.05

Raza maxima orizontala (mm)1400

Pozitie de instalare (Inclinat la max. 45)Podea / Suspendat / Inclinat

Clasa de protectieIP65

Arii de operare (mm)A1700

B1400

C428

D1095

E745

Model pentru turnatorieNedisponibil

Modelul CAD, oferit de firma Comau, ce este utilizat in cadrul acestui proiect este prezentat mai jos:

2.2 Prezentarea generala a sistemului de management TSC a tortei de sudare

Modelul de TSC ales este produs de catre firma ABB. Acronimul TSC inseamna Torch Service Center (dispozitiv de deservire a tortei). TSC-ul produs de catre ABB este compus din TC-96 Torch Cleaner (dispozitiv de curatire a tortei) si TCP Torch gauging unit (sistem de calibrare automata a tortei).Tensiune de control24VDC

Conexiuni pneumaticeG / DN 6.3; 5-10 bar

Piston de blocare45x36mm cursa

F=790N la 5bar

Duza de gaz (diam. ext.)min 20mm max 34mm

prin intermediul unui

distantier, in functie de

Motor pneumaticn=950rpm

Md=3Nm

cursa=45mm

Cap de arbore: 9x16mm

Consum25l/ciclu

Diam. max. electrod D=1.0mm otel

D=1.2mm otel

D=1.2mm aluminiu

Dimensiuni430x300x1300mm

Greutate28kg

Caracteristici tehnice:

In figura de mai jos este prezentat modelul CAD folosit in aplicatia sudarii robotizate cu arc electric:

Ciclul de functionare al TSC-ului este urmatorul: robotul porneste din pozitia de home; curatare: dupa lansarea programului de curatare a tortei stocat in robot: torta se deplaseaza in pozitia de curatare a TSC-ului; in momentul in care torta a atins pozitia de curatare, pistonul de blocare o prinde in bacurile in V; motorul pneumatic al sculei este actionat; unitatea de frezare se deplaseaza vertical in interiorul tortei, curatind-ul de material topit; atunci cand expira timpul de curatare definit in program, unitatea de frezare, motorul sculei si pistonul de blocare se deplaseaza in pozitia de home. evacuare materialul topit indepartat de catre freza poate fi evacuat din TSC, prin intermediul unei valve pneumatice. acoperire de protectie programul primeste un semnal de la un releu reed (senzor de inductie) atunci cand pistonul de blocare este in pozitia de home; acest semnal porneste urmatorul program: robotul deplaseaza torta curatata in pozitia de acoperire, la o inaltime de aproximativ 34mm deasupra capului de acoperire; dispozitivul de acoperire depune un strat de fluid anti-depunere ce previne incarcarea prematura cu zgura; durata acoperirii este definita de catre program; doua acoperiri scurte dau rezultate mai bune decat o singura acoperire mai lunga; acoperirea se termina la sfarsitul timpului alocat; daca nu este activat programul de debitare a sarmei, robotul se deplaseaza in pozitia de home, si semnaleaza sfarsitul programului, precum si conditia de start pentru continuarea programului de sudare; debitarea electrodului robotul este in pozitia de home si torta este pozitionata in interiorul TC-ului, deasupra capului de acoperire; dupa lansarea programului de debitare stocat in robot: lamele de taiere se deschid (pistonul de blocare se inchide automat, deoarece ambele miscari sunt cuplate intre ele); torta de sudare se deplaseaza la lungimea de electrod dorita deasupra lamelor de debitare; sistemul de avans al electrodului alimenteaza cu cel putin 20mm de electrod; lama de taiere se inchide si debiteaza electrodul la lungimea dorita; lama de debitare si pistonul se reintorc in pozitia de home; robotul se deplaseaza in pozitia de home si semnaleaza sfarsitul programului si ca este gata sa continue cu restul programului de sudare.

2.3 Sistem perirobotic MT-1-Motoman

Perirobotica MT1 are doua axe de pozitionare si o statie de lucru, un design rigid si o libertate mare de pozitionare. Acesta este un sistem perirobotic pentru piese de prelucrat ce necesita rotatia pe doua axe. Datorita libertatii mari de pozitionare este foarte usor de gasit pozitia optima de lucru chiar si pentru cele mai complexe piese. Sistemul perirobotic MT 1 este proiectat sa suporte sarcini mari de incarcare. Folosit impreuna cu robotii portal Motoman ofera cel mai bun acces la piesa de prelucrat.

Optiuni: Model cu brat C.

Incarcare maxima (Kg)1500

Capacitate de sudare, 100% incarcare (A)2350

Capacitate de sudare, 60% incarcare (A)2460

Cuplu dynamic (Nm)8290

Cuplu static (Nm) 6632

Viteza recomandata (rpm)0-3.4

Viteza maxima (rpm)9.1

Cuplu dinamic (Nm)6480

Cuplu static (Nm)5184

Viteza recomandata (rpm)0-4.3

Viteza maxima (rpm)11.6

Distantare recomandata fata de centrul de greutate (mm)352

2.4 Sistem perirobotic SPB 2000- Motoman

Sistem perirobotic cu o singura axa de pozitionare, cu o singura statie de lucru.Model cu un singur disc sau cu disc dublu de fixare.Varianta optionala cu ghidare pe sine. Constructie rigida.Acest sistem este un element mobil pentru montarea la sol, la o distanta potrivita fata de perirobotica. SPB 2000 este de asemenea disponibil si cu doua sisteme de prindere rapide, gemene, cu discuri de prindere pe ambele parti. Varianta optional pe sine a SPB 2000 face posibila miscarea elementului mobil manual si fixarea acestuia oriunde in lungul sinei. O sina poate avea lungimea de pana la 15 metri. Accesorii: Unitate de transfer rapid; Sistem de blocare al arborelui; Unitate de transfer de semnal.

Latime maxima a discurilor de montare, raza (R) mm970, 1200, 1500

Unitate de transfer rapidda

Dispozitiv de blocare a arboreluida

Uitate de transfer de semnalda

2.6 Sistem perirobotic SPD 500- Motoman

Perirobotic cu o axa de pozitionare si un singur post de lucru. Centre ajustate manual, in trei dimensiuni. Acest element mobil pe aceeasi parte cu ghidajul in coada de randunica este disponibil in trei marimi pentru piese cu diametrul maxim de 1500 mm. Distanta dintre discurile de fixare este ajustabila precum ghidajul in coada de randunica, deci poate fi mutat manual de-a lungul sinei si asigurat in orice pozitie.Incarcare maxima (Kg)500

Latime maxima a discurilor de montare, raza (R) (mm) 750

Unitate de transfer rapid (mm)0-2000, 0-2600, 0-3600

Dispozitiv de blocare a arborelui (mm)2400, 3000, 4000

Concluzie:

Solutia aleasa pentru celula proiectata este o solutie realizata prin imbinarea a doua sisteme perirobotice SPB 2000+ SPD500 asa cum este ilustrata in figura de mai jos:

SPD 500SPB 2000

2.5 Sistem perirobotic RM 2S3N-Motoman

Sistem perirobotic cu o singura axa de pozitionare si doua posturi de lucru, este proiectat pentru a fi usor de utilizat de catre operator, economic spatial, cu o inaltime ergonomica. Acesta este un sistem de orientare si pozitionare pentru piese ce necesita rotatii in jurul unei axe. A fost proiectat pentru a fi usor de utilizat de catre operatorul uman, cu o inaltime de lucru comoda pentru incarcarea si descarcarea elementelor de fixare, si este livrat cu un panou de protectie optica. Are 3 servomotoare ce fac posibila mentinerea pozitiei elementului de fixare in timpul rotatiei.

Incarcare maxima (Kg)1000

Capacitate de sudare, 100% incarcare (A)2350

Capacitate de sudare, 60% incarcare (A)2460

Distanta dintre discurile de fixare (A) (mm)2000-6500

Lungimea totala (B) (mm)A +1142

Canale de aer (inch)11/2

Timpul indexat (sec)5

Cuplu dinamic (Nm)2830

Cuplu static (Nm)2264

Viteza recomandata (rpm)0-15

Distantare recomandata fata de centrul de greutate (mm)230

2.7 Structura portanta - TSG Gantry- Motoman

Viteza excelenta;

Proiectata pentru unul sau doi roboti;

Eficienta din punct de vedere al costului.

Structura portanta este o versiune custom a sistemului TSG Gantry oferit de catre firma Motoman. Este un sistem economic, proiectat pentru a oferi solutii rapide, simple, precise si eficiente pentru sudura de repere mari cum ar fi cupe de escavator, containere, echipament de transport de material de constructie etc. Sistemul TSG este actionat de servomotoare si complet sincronizat cu robotul pe care il deserveste.

Un sistem TSG poate fi construit pana la orice lungime dezirabila, sustinut de piloni la interval regulate. Acest lucru este posibil din pricina faptului ca se realizeaza din module standardizate. In cazul montarii de roboti multipli, acestia pot lucre impreuna sau independent.

In cazul solutiei din acest proiect, nu este necesara nici montarea pe suporti si nu este posibila montarea de mai multi roboti. Axa 1 permite deplasarea traversei pe coloana iar axa 2 permite deplasarea sistemului ce urmeaza a fi montat pe traversa pe aceasta.

2.8 TSL Suport rotativ si sine robot

Viteza foarte buna; Silentios; Pentru roboti cu incarcatura mare.

TSL este un sistem actionat de servomotor de translatie la sol, pentru unu sau doi roboti. Poate fi utilizat pentru a transporta un robot dintr-un punct in altul, sau pentru a-i mari spatial de lucru. Sina TSL este proiectata pentru functie de aducere in punct de zero robot.

Este construit din module de 1 sau 2 metri, ceea cefaciliteaza extinderea acesteia.

2.9 VST Baza rotativa robot si sine

Mareste spatiul de lucru al robotului; Viteza mare de pozitionare, timp de ciclu mic; Direct drive.

Acesta un sistem actionat de un servomotor pentru a mari spatiul de lucru al robotului.Trei tipodimensiuni acopera intreaga gama de roboti MOTOMAN, cu capacitate portanta de la 6 pana la 500 Kg.

Axa 1 TSL-4000 SN

Sarcina portanta maxima (Kg)4000

Viteza maxima (m/s)1.6

ED (%)50

Acceleratie (m/s2)2.0

Cursa 1200 mm (s)1.55

Acuratete de repetare (mm)0.08

Inaltime (h) (mm)236

Inaltime (H) incluzand standul de suprainaltare robot (mm)636, 836

Lungime standard (L) in module de 2 m (m)4 24

Cursa (mm)L 1340

Potrivit pentru roboti industrialiES165N-100, ES165N, ES200N, ES280N, EPL160, EPL300, EPL500, UP350N, UP350N-500

Interlude

Axa 2

Cursa (mm)L-1100

Lungime standard(L) in pasi de 2 metri (m)4-24

Viteza maxima (50% ciclu de lucru) (m/s)1.5

Acceleratie (m/s2)1.5

Cursa (0.5 / 1 m) (s)1.24 / 1.72

Cursa (1.2 / 1.5 m) (s)1.87 / 2.08

Axa 3

Cursa (mm) 1500

Viteza maxima (20% ciclu de lucru) (m/s)0.5

Acceleratie (m/s2)1.25

Cursa (0.5 / 1 m) (s)1.33 / 2.31

Cursa (1.2 / 1.5) (s)2.40 / 3.29

Axa 4 de rotatie VST 1500N

Sarcina portanta maxima (Kg)1500

Marirea razei de actiune a robotului (mm)1000

Cuplu dinamic (Nm)6675

Rotatie maxima135

Turatie nominala (rpm)0 4.4

Turatie maxima (rpm)10.3

Concluzii:

Solutia adoptata pentru celula de sudare robotizata proiectata este alcatuita din toate elementele componente prezentate in subcapitolele de mai sus si anume: Structura portanta - TSG Gantry de la Motoman, suportul rotativ si sine robot TSL de la Motoman si baza rotativa robot si sine VST de la Motoman.

Sistemul TSL realizeaza deplasarea de-a lungul axei 1 permitand astfel accesul robotului Comau Six accesul la toate sistemele perirobotice aflate in cadrul celulei flexibile de sudare robotizata.Sistemul VST permite rotatia coloanei structurii portante oferind un grad suplimentar de orientare a robotului.

2.10 Caracteristici tehnice pentru intreaga structura portanta

Modelul CAD pentru structura portanta, impreuna cu ansamblul robotului, este prezentat mai jos:

1. Torta de sudare; 2. Robot industrial COMAU; 3. Motor;4. Sistem de curatare si calibrare torta de sudura;5. Suport de fixare pe structura portanta.

Controllerul Pentru aplicatia de sudare robotizata cu arc elctric sunt folosite 3 controllere: un controller folosit este un un controllerul IRC 5, Dual cabinet, cu capacitatea de a controla atat robotul cat si sistemele perirobotice de pozitionare suplimentara a piesei de prelucrat, un alt controller este folosit pentru realizarea procedeului de sudare cu arc electric. Moldelele CAD folosite in aplicatie se prezinta mai jos:

Gardul Celula flexibila robotizata este inconjurata de un gard care, protejeaza operatorii umani din exterior de miscarile rapide ale robotului, dar impiedica si factori externi sa intre in celula.

Cap III: Prezentarea generala a celulei robotizate proiectate

1011 1213

123456789

14 15 16

1-sol;2-panouri de limitare a spatiului de lucru;3- sistem perirobotic RM2-S3N4-controller;5-sistem perirobotic MT1 1000-S2N6-modul de translatie la sol;7-sistem perirobotic SPB2000+SPD5008-piesa de adaptare;9-modul de rotatie;10-perdea protectie;11-hota;12-traversa;13-coloana verticala;14-TSC;15-robot COMAU SIX;16-torta de sudare.

Celula prezentata in cadrul acestui proiect se incadreaza la categoria Medium Scale Systems. Piesele vor fi fixate in sistemele perirobotice,iar robotul este adus la acestea cu ajutorul structurii portante cu 4 grade de libertate (translatie la sol,rotatie la baza,translatie pe verticala si translatie pe orizontala). Robotul COMAU SIX este fixat pe structura portanta suspendat,inconjurat de o hota si o perdea,care au rol de protectie si captare a gazelor de lucru. Tot aici se afla si TSC-ul cu rol de calibrare si curatare a tortei de sudare.

Bibliografie:www.motoman.euwww.abb.comwww.directindustry.comwww.comau.com