35
Fenomenul „robot“, domeniul de stiinta „Robotica“ au aparut in cea de- a doua jumatate a secolului XX. Aparitia lor se incadreaza in linia de evolutie a vietii si in acest cadru a omenirii. Unul dintre „motoarele“ evolitiei vietii pe pamant este ceea ce se poate denumii generic „cresterea productivitatii“ in interactiunea om – mediu. In cadrul acestei interactiuni, robotii industriali se incadreaza in procesul automatizarilor industriale. O problema importanta in evolutia robotilor si robotizarii industriilor o constituie pretul de cost al acestora. In primele faze sistemele de actionare au fost hidraulice si pneumatice si mai putin electrice, datorita costurilor ridicate ale componentelor electrice si electronice. In lucrare sunt prezentate si analizate principalele elemente de dezvoltare a robotilor industriali (RI) in sisteme flexibile de fabricatie (SFP). Pe baza definirii si clasificarii RI, sunt analizate atat caracteristicile si performantele specifice acestora, cat si domeniile de utilizare si eficienta economica a robotilor industriali. Utilizarea robotilor industriali conduce la reducerea nesigurantei specifice factorului uman, ceea determina o crestere a sistemului fiabilitatii sistemului automatizat, si, deci, va permite utilizarea unui control de calitate eficient a sistemului de fabricatie si implicit va permite trecerea la conducerea in timp real a productiei. Introducerea si utilizarea robotilor industriali in scopul optimizarii unui proces tehnologic conduce la multiple avantaje, dintre care se remarca cresterea productivitatii muncii cu cca 10 – 50% (in functie de nivelul initial de automatizare, chiar si la valori superioare). In acelasi context, trebuie remarcata functia sociala a implementarii robotilor industriali, prin asigurarea unui grad sporit de protectie a operatorilor tehnologici, indeosebi pt. procesele tehnologice cu un nivel ridicat de periculozitate.

Robotul Industrial Manipulator MUR 350

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Fenomenul „robot“, domeniul de stiinta „Robotica“ au aparut in cea de-a doua jumatate a secolului XX. Aparitia lor se incadreaza in linia de evolutie a vietii si in acest cadru a omenirii. Unul dintre „motoarele“ evolitiei vietii pe pamant este ceea ce se poate denumii generic „cresterea productivitatii“ in interactiunea om – mediu.

Citation preview

Page 1: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

Fenomenul „robot“, domeniul de stiinta „Robotica“ au aparut in cea de-a doua jumatate a secolului XX. Aparitia lor se incadreaza in linia de evolutie a vietii si in acest cadru a omenirii. Unul dintre „motoarele“ evolitiei vietii pe pamant este ceea ce se poate denumii generic „cresterea productivitatii“ in interactiunea om – mediu.

In cadrul acestei interactiuni, robotii industriali se incadreaza in procesul automatizarilor industriale. O problema importanta in evolutia robotilor si robotizarii industriilor o constituie pretul de cost al acestora. In primele faze sistemele de actionare au fost hidraulice si pneumatice si mai putin electrice, datorita costurilor ridicate ale componentelor electrice si electronice.

In lucrare sunt prezentate si analizate principalele elemente de dezvoltare a robotilor industriali (RI) in sisteme flexibile de fabricatie (SFP). Pe baza definirii si clasificarii RI, sunt analizate atat caracteristicile si performantele specifice acestora, cat si domeniile de utilizare si eficienta economica a robotilor industriali.

Utilizarea robotilor industriali conduce la reducerea nesigurantei specifice factorului uman, ceea determina o crestere a sistemului fiabilitatii sistemului automatizat, si, deci, va permite utilizarea unui control de calitate eficient a sistemului de fabricatie si implicit va permite trecerea la conducerea in timp real a productiei.

Introducerea si utilizarea robotilor industriali in scopul optimizarii unui proces tehnologic conduce la multiple avantaje, dintre care se remarca cresterea productivitatii muncii cu cca 10 – 50% (in functie de nivelul initial de automatizare, chiar si la valori superioare). In acelasi context, trebuie remarcata functia sociala a implementarii robotilor industriali, prin asigurarea unui grad sporit de protectie a operatorilor tehnologici, indeosebi pt. procesele tehnologice cu un nivel ridicat de periculozitate.

Avantajele utilizarii robotilor industriali rezulta odata cu implementarea lor in diferite domenii cu scopuri economice sau sociale. Din aceasta cauza avantajele utilizarii robotilor se pot categorisi in: avantaje economice, avantaje sociale generale, avantaje sociale suplimentare.

Page 2: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

CAP. 1 Introducere in CAD/CAM/CAE

In ansamblu, CAD/CAM/CAE dezvolta tehnologia avansata a intreprinderii viitorului, asistata complet de calculator.

Aparitia si dezvoltarea controlului numeric in anii 50, marcheaza inceputul procesului de automatizare a masinilor-unelte. Este un fapt recunoscut ca introducerea comenzii numerice a insemnat debutul unui proces de inovare in activitatile de proiectare si productie a bunurilor. Astazi exista fabrici aproape complet automatizate care sunt capabile sa manufactureze o insemnata varietate de produse. De la inceput, este necesar sa se precizeze ce se intelege prin “intreprindere producatoare” sau fabrica, avandu-se in vedere volumul productiei. Specialistii clasifica procesele de manufacturare in trei categorii principale: productia in flux continuu, productia de masa si productia de serie. O privire de sinteza asupra lucrarilor publicate in ultimii 15 ani, arata ca proiectarea si fabricarea asistate de calculator sunt doua domenii care s-au dezvoltat simultan, fiind tratate intr-o viziune comuna pe baza legaturilor naturale care exista intre activitatile de proiectare si manufacturare.

In literatura de specialitate, CAD/CAM este un acronim care inseamna proiectare si fabricare cu ajutorul calculatorului. Aceasta tehnologie novatoare care utilizeaza calculatoarele digitale pt. realizarea unor functii diverse de proiectare si fabricare are tendinta de integrare totala a acestor activitati care, in mod traditional, au fost considerate ca fiind doua functii distincte si separate.

Proiectarea asistata de calculator (in limba engleza, “Computer-aided design” – CAD), poate fi definita ca o activitate de utilizare a unui sistem de calcul in proiectarea, modificarea, analiza si optimizarea proiectarii. Sistemul de calcul este format din echipamente si programe care asigura functiile necesare in proiectare. Echipamentul destinat activitatilor de CAD este format dintr-un calculator, unul sau mai multe terminale grafice, tastatura si alte periferice. Programele de CAD sunt aplicatii destinate implementarii graficii in cadrul unui sistem de calcul, la care se adauga programele dedicate functiilor ingineresti care pot realiza analiza starii de tensiuni si deformatii ale unor elemente, analiza dinamica a mecanismelor, calculul transferului de caldura si controlul numeric. Programele aplicative variaza de la un utlizator la altul, in functie de tipul liniilor de productie, de procesul de fabricatie si de specificul pietei de desfacere.

Page 3: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

1.1 Continutul CAD/CAM

Aparitia si dezvoltarea proiectarii si fabricatiei asistate de calculator isi are originea in introducerea sistemelor automate de monitorizare si control al proceselor de productie.

In practica inginereasca tehnologia CAD/CAM este utilizata in diferite moduri de catre diverse grupuri de specialisti. O prima categorie se ocupa de realizarea desenelor si a documentatiei aferente. A doua categorie utilizeaza instrumentele vizuale pt. realizarea efectelor de umbrire si animatie. A treia categorie executa activitati de analiza pe modele geometrice, asa cum este analiza cu elemente finite. A patra categorie elaboreaza tehnologia de fabricatie si programeaza masinile cu comanda numerica.

Evolutia tehnologica arata ca inceputurile CAM sunt mult mai clar delimitate decat cele ale CAD. Dezvoltarea CAD s-a produs odata cu evolutia graficii pe calculator si a instrumentelor de desenare si redactare asistate de calculator, cunoscute sub denumirea de CADD (din limba engleza "computer - aided drawing and drafting"). Sunt necesare cateva precizari cu privire la aceasta terminologie.

Grafica pe calculator se refera la utilizarea unui sistem de calcul la generarea reprezentarilor picturale, care acopera o arie larga, de la simple diagrame si histograme, la imagini complexe care simuleaza tablourile marilor maestri. Desenarea si redactarea asistata de calculator CADD utilizeaza sistemul de calcul la realizarea reprezentarilor bidimensionale ale obiectelor cu asocierea datelor dimensionale si a altor informatii de fabricare.

Proiectarea asistata de calculator depaseste limitele CADD, introducand instrumentele de analiza alaturi de reprezentarea grafica. De exemplu, sistemul de suspensie al unui automobil poate fi proiectat utilizand instrumentele CAD care permit testarea in conditii specifice de drum. Efectul amortizarii

Page 4: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

suspensiei poate fi pus in evidenta cu ajutorul animatiei, pt. diferite conditii de deplasare. Astfel, proiectarea poate fi imbunatatita interactiv, pe baza acestor rezultate. Ca o consecinta a cerintelor de proiectare, programele CAD incorporeaza, de obicei, rutine complexe pt. analiza inginereasca. Mai mult, instrumentele CAD nu se limiteaza la fabricarea produselor. De exemplu, un plan de arhitectura al unei cladiri poate fi considerat un rezultat al CADD, daca nu este inclusa si capacitatea de analiza. Daca pachetul de proiectare include si instrumente de analiza a solutiilor, conform recomandarilor din standarde sau daca are in vedere caracteristicile factorului uman si altele, atunci functiile CAD sunt realizate. In mod evident, dezvoltarea calculatoarelor digitale, este cheia implementarii CAD/CAM. Calculatoarele au fost utilizate in functii de control al fabricarii in urma cu aproape 40 de ani. De exemplu, un raport din 1973, arata ca diverse grupuri de aplicatii ale calculatorului in control, includ: controlul traficului auto; testarea produselor si controlul calitatii; controlul proceselor de turnare; echipamente de control numeric; cercetari de inginerie spatiala; cercetari neurologice si biomedicale; controlul si monitorizarea centralelor nucleare; monitorizarea transportului de marfa pe calea ferata; controlul fabricilor de beton; controlul cuptoarelor cu oxigen; controlul procesului de fabricare a nylon-ului; operatiile de cracare in rafinariile de petrol etc.

Este evident ca majoritatea acestor aplicatii intra in categoria proceselor industriale. Orice forma de control necesita strangerea de informatii de la procesul ce trebuie supravegheat. Aceste date sunt analizate pt. a decide daca sunt necesare actiuni de corectie. Acolo unde exista procese automatizate, este relativ usor de introdus un calculator digital cu rol de a controla procesul si chiar de a lua decizii.

1.2 Ciclul de productie si tehnologia CAD/CAM

O buna intelegere a scopului CAD/CAM in activitatea unei fabrici necesita o examinare prealabila a diverselor activitati si functii care trebuie indeplinite in proiectarea si fabricarea unui produs, in cadrul unui ciclu de productie. In figura 1 se arata o schema a pasilor care formeaza un ciclu de productie. Ciclul este condus de catre clienti si piata care solicita un anume produs. Acesti factori trebuie intelesi ca o

Page 5: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

colectie bogata de piete industriale si de consum si nu ca o piata monolitica. Vor exista diferente in demararea unui ciclu de productie, in functie de un grup particular de clienti.

In unele cazuri functiile de proiectare sunt realizate de client, iar productia este asigurata de o alta firma. Indiferent de situatie, ciclul de productie incepe cu un concept sau o idee a produsului.

Acest concept este cultivat, rafinat, analizat, imbunatatit si transpus intr-un plan de productie printr-un proces de proiectare inginereasca. Planul este documentat prin elaborarea unui set de desene ingineresti care arata cum este produsul si asigura o serie de specificatii care indica cum ar putea fi realizat. In figura 2 sunt prezentate activitatile de proiectare si fabricare a produsului.

Fisa tehnologica intocmita cuprinde operatiile si fazele necesare fabricarii produsului. Uneori este necesara achizitionarea de noi echipamente si scule.

1.3 CAD - Proiectare asistata de calculator

Teoria generala a proiectarii (TGP) se bazeaza pe modelul topologic al inteligentei umane, avand ca obiectiv, dezvoltarea sistemelor inteligente CAD. Rolul important in proiectare il constituie „cunostintele proiectantului", reprezentate prin concepte abstracte. Acestea pot fi functionale, atributive, morfologice, etc.

Page 6: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

Obiectivul proiectarii conceptuale este constituit din producerea unui set de principii functionale si geometrice, ce acorda atentie, in principal, cerintelor de fezabilitate si prelucrabilitate a produsului. Procesul de proiectare a produsului este eficient numai daca proiectantul va fi informat asupra tuturor etapelor de existenta ale acestuia si va tine cont de cerintele/necesitatile ce apar in toate etapele. Ciclul de viata al produsului (etapele) este prezentat in continuare (figura 1.3.1). Proiectarea conceptuala este considerata punctul cheie al procesului de proiectare.

Cercetarile TGP au ca obiectiv cautarea unui model calculabil al aspectelor rationamentului in proiectare, model ce constituie drumul spre sistemele CAD. Se incearca astfel automatizarea muncii pe care proiectantii umani o fac din placere si in care unii dintre ei exceleaza. Formalizarea ofera o baza interesanta pt. discutii privind proiectarea, procesul de proiectare si obiectivele proiectarii. Aplicabilitatea teoriei se regaseste in domenii ca: reprezentarea sistematica a cunostintelor de proiectare, achizitia cunostintelor expert de proiectare, stabilirea schemelor si a sistemelor integrate pt. CAD. Legatura intre TGP si CAD poate fi urmarita in schema alaturata (figura 1.3.2.).

Sistemele CAD ofera facilitati pt. crearea interactiva de modele ale ansamblelor si subansamblelor caracteristice desenului tehnic precum si calcule specifice fazei de proiectare (calculul reactiunilor si verificarea arborilor, calculul legaturilor, calculul angrenajelor, etc.).

In realizarea sistemelor CAD se aloca resurse hardware si software. Programele CAD (software) se impart in functie de numarul de dimensiuni ale desenului final, in doua categorii:

Page 7: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

programe pt. sisteme 2-D – bidimensionale – cu aplicatii in desene de executie, desene cu modificari frecvente, specifice in generarea programelor NC pt. MUCN.

programe pt. sisteme 3-D – tridimensionale realizate prin: modelare orientata pe muchii, pe suprafete si pe volume (modelul solid).

In utilizarea programelor CAD se constata o tendinta de scadere a preturilor acestora, in special pt. pachete 2D.

Sistemul CAD indeplineste trei functii:

elaborarea modelului de produs, pe baza conceptiei constructive;

desenarea asistata de calculator;

integrarea tuturor datelor referitoare la produs in fluxul informational al sistemului CIM.

In obtinerea modelului de produs se porneste de la un studiu de marketing ce vizeaza stabilirea caracteristicilor generale pe care produsul trebuie sa le posede.

Prin model de produs se intelege totalitatea informatiilor referitoare la produsul respectiv, de tipul: parametrii dimensionali, materiale, calitatea prelucrarii, precizie dimensionala, studii de rezistenta, cinematica, dinamica, tehnologii de fabricatie, pret de cost, caracteristici functionale, etc. Modelul produsului este o entitate dinamica deoarece se schimba in timp functie de cerintele pietii.

Sistemul CAD contine de asemenea programe interactive de desenare parametrica si programe de arhivare a desenelor.

In conceptia CIM elaborarea proiectului constructiv si proiectarea tehnologica se realizeaza simultan. Informatiile prin care se definitiveaza geometria suprafetei unei piese si simularea prelucrarii acesteia sunt utilizate la determinarea profilului sculelor cu care se realizeaza prelucrarea respectiva.

Page 8: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

1.4 CAM - Fabricatia asistata de calculator

Fabricatia asistata de calculator presupune utilizarea calculatoarelor si a tehnologiei calculatoarelor pt. a conduce, a organiza, a lucra si a urmari procesul de fabricatie intr-o intreprindere. Pentru simplificarea exprimarii si comunicarii se foloseste acronimul CAM (Computer Aided Manufacturing).

Asa cum rezulta din definitie, aplicatiile CAM se impart in doua categorii principale:

- monitorizare si control; acestea sunt aplicatii in care calculatorul este conectat direct la procesul de fabricare in scopul monitorizarii si controlului acestuia;

- sustinerea fabricatiei; acestea sunt aplicatii indirecte in care calculatorul este utilizat in sprijinirea operatiilor de productie, fara existenta unei legaturi directe intre calculator si procesul de fabricare.

Monitorizarea implica prezenta unei interfete directe intre calculator si procesul de manufacturare, in scopul urmaririi operatiilor si echipamentelor si a colectarii de date. In acest caz, calculatorul nu este utilizat direct in controlul operatiilor, activitate ce ramane in sarcina operatorului uman care poate fi ghidat de informatiile furnizate de calculator. Controlul asistat de calculator merge un pas mai departe decat monitorizarea, realizand nu numai observarea procesului, ci si controlul acestuia, pe baza informatiilor obtinute. In cadrul activitatii de monitorizare, fluxul de date dintre proces si calculator este unidirectional. In cazul controlului are loc un schimb bidirectional. Semnalele sunt transmise de la proces la calculator, la fel ca in cazul monitorizarii. In plus, calculatorul emite semnale de comanda catre procesul de fabricare, conform algoritmului de control.

Suplimentar fata de aceste functii, CAM include aplicatii indirecte in care calculatorul are rol de suport pt. operatiile de fabricare. In acest gen de aplicatii, calculatorul nu este conectat direct la procesul de

Page 9: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

productie, ci este utilizat “off-line” la indeplinirea activitatilor de planificare, la generarea programelor, instructiunilor si informatiilor prin care resursele de productie ale firmei pot fi gestionate mai eficient.

Fabricatia asistata de calculator presupune utilizarea de algoritmi pt. planificarea si conducerea procesului de fabricatie. De asemenea, reprezinta controlul procesului de fabricatie cu ajutorul calculatoarelor, implicand integrarea activitatii de proiectare asistata de calculator (CAD – Computer Aided Design).

Sistemul CAM integreaza urmatoarele activitati: stocarea si urmarirea elementelor pe fluxul de fabricatie, deplasarea lor pe fluxul de fabricatie, conducerea directa a masinilor si utilajelor cu comanda-program, controlul calitatii dupa fiecare operatie si faza de fabricatie.

CAM inseamna aplicarea eficienta a tehnologiei computerizate in managementul, planificarea, realizarea si controlul productiei.

Sistemul CAM integreaza urmatoarele activitati:

stocarea si depozitarea materialelor pe flax de fabricatie;

deplasarea materialelor pe fluxul de fabricatie;

conducerea directa a masinilor si utilajelor, in special a MUCN si a robotilor;

controlul calitatii dupa fiecare faza de fabricatie;

crearea programelor NC.

Acest sistem asigura conectarea tuturor masinilor si utilajelor din cadrul sistemului de fabricatie la calculatorul central, conducerea si coordonarea lor unitara si eficienta.

De exemplu prin evaluarea eficientei intr-o celula de fabricatie robotizata se determina traseul optim si timpul de ciclu al robotului, astfel incat sa se realizeze un timp minim de prelucrare. Astfel, realizand o eficientizare a tuturor celulelor cat si a altor activitati din cadrul logisticii sculelor, a prelucrarii etc. se obtine un timp de fabricatie minim, contribuind astfel la eficientizarea fabricatiei.

Page 10: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

O aplicatie majora a sistemului CAM o reprezinta fabricatia reperelor cu ajutorul informatiei extrase direct din desenul de executie pt. ca, in aplicatia CAD/CAM, geometria reperului creata cu CAD in cadrul compartimentului de proiectare constructiva, este utilizata impreuna cu programele CAM (in interfata) pt. a crea in cod masina informatia de prelucrare pe MUCN.

Programele CAM prezinta posibilitatea de modelare si simulare a procesului de fabricatie obtinandu-se astfel economii substantiale de timp si bani in principal datorita renuntarii la realizarea prototipului fizic.

Utilizand programe CAD, se creeaza desenul de executie al reperului. De obicei se reprezinta toata geometria reperului intr-un nivel de desenare (layer), iar dimensiunile, conditiile tehnice, informatiile negeometrice pe alte nivele de desenare. Aceasta permite ca geometria piesei sa fie detasata prin dezactivarea tuturor layerelor, mai putin cel geometric.

Geometria reperului este capturata din fisierul geometric CAD, iar informatia geometrica este transferata statiei grafice CAM.

Unele programe CAM au posibilitatea de a executa desene, respectiv unele sisteme CAD au CAM ca si optiune, avand posibilitatea de executie a desenelor in 2-D si 3-D. In domeniul statiilor grafice exista programe CAD/CAM care includ module cum ar fi:

proiectare 3-D, modelor grafic 3-D;

desenare: sistem elementar de desenare;

suprafete complexe: modelor de suprafete sculptate;

geometria volumica (a solidului): modelor de geometrie volumica;

proiectare pt. constructii: modelor de proiectare arhitecturala;

librarie de simboluri si obiecte;

control numeric (NC): generator de programe NC;

robotica: simulator si programator de celula robotizata.

CAD si CAM, fiind integrate in acelasi sistem de programe, fisierul CAD, in formatul sau original, poate fi transferat catre aplicatia CAM fara nici o transformare.

Page 11: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

1.5 CAE - Ingineria asistata de calculator

CAE reprezinta activitatea de inginerie asistata de calculator, prin utilizarea programelor folosite in constructia produsului.

In analiza si evaluarea proiectelor utilizand tehnici asistate de calculator pt. calculul parametrilor operationali, functionali si de fabricatie ai produsului, CAE isi are locul in cadrul etapelor de sinteza, analiza si evaluare si are de asemenea un loc bine determinat in cadrul conceptului de inginerie simultana.

La nivel de sinteza a solutiilor, principala activitate a CAE este concentrata pe tehnologicitatea produsului iar la nivel de analiza si evaluare, CAE este utilizat pt. analiza calitatii produsului.

Pe baza informatiilor CAE proiectul produsului este realizat printr-o succesiune de pasi ai procesului de proiectare pana in momentul in care este gasita solutia optima.

Dintre programele utilizate enumeram pe cele care se refera la: o

alegerea materialelor, calcule de rezistenta - rigiditate, solicitari, deformatii, etc.

sinteza structurala si dimensionala a mecanismelor, analiza cinematica si cinetostatica a acestora.

dimensionarea organologica - transmisii, capacitati portante

dimensionarea sistemelor de actionare hidraulice, electrice, termice, etc.

Page 12: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

Procedurile utilizate in scopul crearii unor produse cu tehnologicitate cat mai ridicate au fost incluse in terminologia DFMA - Design for Manufacturing and Assembly (Tehnologii de prelucrare si asamblare).

Tehnicile utilizate in vederea cresterii tehnologicitatii fabricatiei se refera in special la concordanta formei constructive a produselor cu particularitatile metodelor si proceselor de fabricatie (70% din costurile de fabricatie sunt stabilite in faza de proiectare).

Cu ajutorul acestor programe, proiectantul introduce specificatiile pt. un anumit proiect, iar programul ofera o analiza cantitativa a alternativelor de proiectare.

In etapa de analiza programul CAE utilizeaza ca date de intrare informatii sub forma desenelor create in CAD.

Aplicatiile CAE in etapa de analiza a proiectarii au loc in doua domenii: analiza cu element finit si analiza proprietatilor de masa. Analiza cu element finit (FEA) - este o tehnica numerica pt. analizarea si studierea performantei functionale a unor structuri prin divizarea obiectului intr-un numar de blocuri mici, numite elemente finite.

CAE in analiza proprietatilor de masa creeaza posibilitatea calcularii ariei, volumului, sau proprietati cum ar fi masa, centrul de greutate, momente de inertie.

CAE in etapa de evaluare examineaza informatiile din procesul de analiza al proiectului pt. a determina gradul de corespondenta intre proiectul real si obiectivele si specificatiile de proiectare initiale pe baza construirii si testarii prototipului.

Cap. 2 Caracteristici generale ale robotilor industriali

Page 13: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

2.1 Introducere

Dezvoltarea sistemelor flexibile de productie si introducerea robotizarii sunt directii noi de organizare, inducand efecte importante asupra tuturor subsistemelor de productie. O cunoastere din timp a efectelor posibile, precum si intelegerea corecta a acestora prezinta o mare importanta pt. introducerea si exploatarea corecta a noilor tehnologii robotizate.

Dezvoltarea automatizarii flexibile si utilizarea pe scara larga a robotilor industriali produce efecte importante asupra tuturor subsistemelor unitatilor economice, exploatarea eficienta a tehnologiilor robotizate presupunand cunoasterea din timp a tuturor acestor efecte.

Robotizarea proceselor de productie din industria materialelor metalice are efecte directe si asupra factorului uman, acestea referindu-se in principal la urmatoarele aspecte:

Gradul de implicare a fortei de munca in anumite procese tehnologice de productie.

Evitarea utilizarii operatorului uman in medii periculoase.

Degrevarea operatorului uman de activitati monotone, repetitive si/sau stresante.

Cerinte ridicate de calificare si recalificare.

Importanta rolului si statutului operatorului uman in cadrul unitatii economice.

In consecinta, studiul efectelor robotizarii asupra unitatilor economice trebuie abordat si din punct de vedere al factorului uman. Astfel, trebuie plecat si de la premisa ca robotul este o resursa si, ca orice resursa, necesita cheltuieli de obtinere, exploatare si intretinere, putand fi utilizat doar impreuna cu alte resurse. Este deci necesar sa se identifice relatia dintre RI si celelalte resurse, precum si influenta acestuia asupra sistemului de gestiune a unitatii economice.

Introducerea robotizarii va modifica situatia financiara a unitatii economice, prin cresterea performantei tehnice si economice a mijloacelor fixe, acest fapt impunand o definire riguroasa a obiectivelor si parametrilor economico-financiari cu care sa poata fi condusa o intreprindere cu un inalt grad (nivel) de automatizare. O data cu aceasta se preconizeaza si o imbunatatire a conditiilor care sa permita definirea

Page 14: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

unitatii economice ca un model economic total, ca urmare a reducerii anumitor tipuri de perturbatii si cresterii fiabilitatii sistemelor operative de conducere si executie. Un astfel de model va permite o perfectionare a fundamentarii deciziilor strategice, tactice si operative.

Utilizarea robotilor industriali conduce la reducerea nesigurantei specifice factorului uman, ceea determina o crestere a sistemului fiabilitatii sistemului automatizat, si, deci, va permite utilizarea unui control de calitate eficient a sistemului de fabricatie si implicit va permite trecerea la conducerea in timp real a productiei. Aceste elemente reprezinta implicatii importante asupra formelor si metodelor de management adoptate.

2.2 Definirea si clasificarea robotilor industriali

Robotul industrial reprezinta un sistem electro-pneumo-hidro-mecanic dotat cu mai multe grade de libertate, capabil sa execute autonom si automat operatii de manipulare sub controlul unui sistem de comanda echipat cu memorie programabila.

Clasificarea robotilor industriali are la baza mai multe criterii (de clasificare). In continuare sunt prezentate principalele dintre acestea si tipologia robotilor industriali conform criteriilor de clasificare abordate.

A) Dupa forma miscarii, robotii industriali pot fi:

1) Robot cartezian – este robotul al carui brat opereaza intr-un spatiu definit de coordonate carteziene;

Page 15: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

2) Robot cilindric – similar, dar spatiul este definit in coordonate cilindrice;

3) Robot sferic (sau polar) – similar, dar spatiul este definit in coordonate sferice (sau polare);

4) „Prosthetic robot” – este un manipulator care are un brat articulat;

5) Roboti in alte tipuri de coordonate – care sunt definiti in mod corespunzator.

B) Dupa informatia de intrare si modul de invatare, criteriu dupa care robotii se clasifica in:

1) Manipulator manual – este actionat direct de om;

2) Robot secvential – are anumiti pasi ce „asculta” de o procedura predeterminata. Acesta poate fi:

Robot secvential fix - la care informatia predeterminata nu poate fi schimbata facil.

Robot secvential variabil - la care informatia predeterminata poate fi modificata usor.

3) Robot repetitor (robot playback). La inceput omul invata robotul o procedura de lucru, acesta memoreaza procedura, apoi o poate repeta de cate ori este nevoie;

Page 16: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

4) Robot cu control numeric. Robotul executa operatiile cerute in conformitate cu informatiile numerice pe care le primeste despre pozitii, succesiuni de operatii si conditii;

5) Robot inteligent – este cel care isi decide comportamentul pe baza informatiilor primite prin senzorii pe care ii are la dispozitie si prin posibilitatile sale de recunoastere.

C) Dupa numarul gradelor de libertate ale miscarii robotului (2 – 7 grade de libertate plus unele miscari suplimentare: orientarea dispozitivului de prehen-siune, prinderea, desprinderea obiectului manipu-lat etc.) robotii industriali pot fi:

1) Roboti cu un numar mic (2-3) de grade de libertate;

2) Roboti cu un numar mediu (4-5) de grade de libertate;

3) Roboti cu un numar mare (6-7) de grade de libertate.

D) Dupa metoda de control, robotii industriali pot fi:

1) Manipulatoarele simple (grupele B.1 si B.2): Dispun in general de 2-3 grade de libertate. Miscarile sunt controlate prin dispozitive, functionand pe principiul „tot sau nimic”. Capacitatea si supletea sunt limitate

2) Roboti programabili (grupele B.3 si B.4): Au numarul gradelor de libertate mai mare decat 3. In general robotul este independent de mediu, fiind lipsit de capacitati senzoriale si lucrand in bucla inchisa.

Page 17: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

3) Robotii „inteligenti”, sunt dotati cu capacitati senzoriale, lucrand in bucla inchisa, avand sisteme de coordonare, intre „simturi” si organele de executie.

E) Dupa caracteristicile de comanda s-au stabilit patru tipuri de baza pt. roboti industriali si anume:

1) Tip A, cu servocomanda si conturare;

2) Tip B, cu servocomanda punct cu punct;

3) Tip C, fara servocomanda, programabil;

4) Tip D, neprogramabil, cu dispozitive de transfer „pick and place”;

F) Dupa tipul de comanda si performanta inteligentei artificiale, robotii industriali se pot clasifica in 3 generatii (sau nivele), dupa cum urmeaza:

1) Robotii industriali de generatia 1 - actioneaza pe baza unui program flexibil, dar prestabilit de programator si care nu se poate schimba in timpul executiei operatiilor.

2) Robotii industriali din generatia 2 - se caracterizeaza prin faptul ca programul flexibil prestabilit de programator poate fi modificat in masura restransa, in urma unor reactii specifice ale mediului.

Page 18: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

3) Robotii industriali din generatia 3 - poseda insusirea de a-si adapta singuri, cu ajutorul unor dispozitive logice, in masura restransa propriul program la conditiile concrete ale mediului ambiant, in vederea optimizarii operatiilor pe care le executa.

2.3 Caracteristicile si performantele robotilor industriali

Principalele caracteristici ale robotilor industriali sunt urmatoarele:

Sunt conceputi pt. a efectua in principal urmatoarele operatii:

- De manipulare;

- De plasare;

- De transport.

Toate aceste 3 tipuri de operatii necesita viteza si precizie, dar pt. forte si sarcini limitate.

Sunt dotati cu mai multe grade de libertate (intre 2 – 7), astfel incat sa poata executa operatii complexe, fiecare miscare fiind controlata de unitatea de conducere.

Sunt dotati cu o memorie (reprogramabila) capabila sa conduca o aparatura necesara pentru executarea unor operatii care pot fi modificate prin adaptarea si specializarea programului initial.

Sunt dotati cu o capacitate logica cu ajutorul careia pot executa incercari si optimizari intre diverse proceduri.

Sunt autonomi, functionand fara interventia sistematica a operatorului.

Page 19: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

Caracteristicile tehnice ale robotilor industriali se refera la:

- Dimensiuni;

- Valorile deplasarilor realizabile;

- Precizia;

- Repetabilitatea;

- Numar de grade de libertate;

- Tipul de actionare;

- Greutatea robotului;

- Volumul spatiului de lucru;

- Capacitatea sistemului de comanda si control;

- Viteza de lucru;

- Sarcina transportabila;

Page 20: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

- Conditii de lucru;

- Posibilitatea de a dispune de mai multe brate de lucru etc.

2.4 Domenii de utilizare si eficienta economica a robotilor industriali

Din punc de vedere al proceselor de productie din industria materialelor metalice, robotii industriali pot fi utilizati pt. automatizarea urmatoarelor procese tehnologice:

Depozitarea, sortarea si transferul materiilor prime si materialelor procesate.

Procese tehnologice de elaborare si prelucrare a materialelor metalice (elaborarea fontei, elaborarea otelului, elaborarea metalelor neferoase). Etapele tehnologice care reclama introducerea si utilizarea robotilor industriali sunt cu predilectie acelea in care interventia directa a operatorului (muncitorului) este dificila si ingreunata de conditiile grele de lucru (radiatii termice, noxe etc.). Exemple relevante de astfel de etape tehnologice (activitati) sunt:

Evacuarea (tragerea) zgurii (sau zgurelor, in functie de tehnologia de elaborare) la elaborarea otelurilor in cuptoarele cu arc electric.

Striparea (dezbaterea) lingourilor din lingotiere.

Incarcarea si manipularea diverselor semifabricate (lingouri, bare, blocuri, brame, sleburi etc.) la cald (conditii in care aceste semifabricate au o temperatura ridicata, cca 500–700°C.

Dintre procesele tehnologice de prelucrare in care pot fi utilizati robotii industriali se remarca:

Ø Procese de presare. Presarea pieselor se face de obicei in cateva secunde, insa exista pericol de accidentare. La aceste lucrari robotii sunt utilizati pentru fazele de asezare (dispunere) a pieselor in vederea presarii, sau de evacuare a pieselor presate.

Page 21: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

Ø Procese de sudura. Un robot de sudura este echipat cu un pistol de sudura la capatul bratului sau si poate efectua lucrari de sudura de inalta viteza si precizie. In cazul lucrarilor de sudura prin puncte, se realizeaza sudura automata prin grupe de roboti dispusi pe ambele parti ale liniei de sudura.

Ø Procese de prelucrare. Odata cu utilizarea pe scara larga a masinilor cu comanda numerica, lucrarile de prelucrare a pieselor pe masina revin robotilor, in aceeasi masura fiind utilizati si pt. eliberarea masinilor de piesele care au fost deja prelucrate.

Ø Procese de vopsire. Robotii industriali sunt utilizati cu succes pt. vopsirea caroseriilor de automobile, cu ajutorul unor pistoale de vopsire montate la capatul bratului robotilor.

Ø Procese de asamblare. Robotii industriali sunt capabili sa efectueze astfel de operatii complexe datorita faptului ca cei mai evoluati dintre ei pot sa recunoasca forme si pozitii ale componentelor.

Fundamentarea economica a introducerii robotilor industriali are la baza compararea efectelor favorabile ce se obtin datorita noilor tehnologii, cu efortul de investitie necesara introducerii acestora in procesul de productie. Aceasta inseamna ca, in timpul functionarii lor, robotii vor produce profit, care intr-o prima perioada va constitui sursa amortizarii, dupa aceea, ei vor constitui o insemnata sursa de profit net.

Din analiza modului de comportare, pana in prezent, a tehnologiilor robotizate se desprind urmatoarele aspecte:

Unitatea de productie in care functioneaza robotii industriali trebuie sa dispuna de un personal bine instruit, astfel incat sa fie asigurata adaptarea robotilor la noi sarcini.

In momentul instalarii unui robot industrial trebuie sa se tina seama ca sfera de activitate a acestuia se va largi si deci trebuie create conditiile organizatorice necesare inca de la instalare.

In general, implementarea si utilizarea unui singur robot industrial s-a dovedit neeconomicoasa, din cauza nivelului ridicat al cheltuielilor aferente personalului de specialitate ocupat in activitatea de exploatare si intretinere a robotului.

In concluzie, cresterea gradului de informatizare si robotizare primare in sistemul de fabricatie, permite trecerea la conducerea in timp real a productiei. Toate acestea reprezinta implicatii importante asupra formelor, metodelor si principiilor de management adoptate.

Optimizarea SFP prin robotizare trebuie sa aiba la baza o analiza tehnica si tehnologica, inclusiv manageriala a respectivului proces tehnologic care se doreste a fi optimizat. Aceasta analiza complexa,

Page 22: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

utilizand elemente teoretice privind clasificarea, rolul, functiile specifice si eficienta economica ale robotilor industriali, are ca obiectiv final stabilirea pe criterii stiintifice a tipului cel mai indicat de robot industrial care sa optimizeze procesul tehnologic analizat.

Cap. 3 Robotul manipulator MUR 350

Viteza maxima intr-un timp scurt: robotul MUR 350 este ideal pt. aproape orice tip de aplicatie, de la cele mai precise si rapide, pana la manipularea delicata a diverselor component. Sculele speciale pot fi usor adaptate deoarece energia si liniile electrice sunt integrate in robot in asa fel incat nu exista nici o restrictie pe nici o axa.

Page 23: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

Un punct forte al robotului MUR 350 este fiabilitatea de care acesta da dovada ce defineste controller-ul robotului. Acest lucru asigura compatibilitatea sistemului cu alte modele, prevede un concept de control uniform pt. intreaga gama, si permite instalarea rapida si intretinere simpla. Avantaje: fiabilitate de planificare ridicata si siguranta investitiei.

Montat pe podea, robotul MUR 350 ofera rezultate de inalta precizie. Datorita greutatii sale reduse, acesta isi desfasoara activitatea rapid si flexibil, chiar si in spatii inguste, avand o acoperire de pana la 850 mm si sarcina utila de pana la 35 kg. Avantaje: flexibilitatea sicresterea productiei.

Din punct de vedere al automatizarii, mai bun, nu numai ca toti pasii procesului sunt sub control, ci si beneficiile sunt majore. Multumita tehnologiei acestui robot, se poate estima timpul finalizarii procesului, acest lucru ducand la o crestere a productiei si costuri reduse.

Detalii tehnice ale robotului MUR 350:

Tip robot

Dimensiuni (mm)

A

B

C

D

E

F

G

Volum

Page 24: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

MUR 350

1,115

1,453

855

614

242

705

405

2.3 m³

Caracteristici

MUR 350

Acoperire maxima

855 mm

Sarcina utila

35 kg

Page 25: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

Greutatea maxima de incarcare

35 kg

Numar de axe

6

Pozitia de montaj

podea

Precizia repetabilitatii

±0.03

Greutatea robotului (aprox.)

395 kg

Temperatura in timpul lucrului

0° C si +40° C

Dimensiunile suportului de prindere in podea

700 mm x 500 mm

Conexiune

2.35 kVA

Nivelul zgomotului

Page 26: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

<75 dB

3.1 Proiectarea partilor componente robotului MUR 350 cu ajutorul programului Solid Works

Solid Works este un program de proiectare 3D ce ofera capabilitati multiple in domeniul ingineriei. Interfata usor de utilizat si deosebit de intuitiva il mentine in fruntea topului programelor 3D.

Avantajele proiectarii utilizand Solid Works sunt:

- implemntarea pe platforme PC;

- scurtarea ciclului de fabricatie al produselor prin eliminarea erorilor de proiectare utilizand simularea si verificarea coliziunilor si interferentelor intre piese;

- proiectarea peiselor 3D in contextul ansamblului („top- down assembly design”), cu referinte ale modelului fata de piesele deja existente, posibilitatea modificarii cotelor in desenul de excutie cu actualizarea modificarilor in modelul 3D (asociativitate intre desenele 2D si modelele 3D);

- managementul ansamblelor mari;

Page 27: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

- functii inteligente;

- analiza cu element finit si simulare inclusa.

3.1.1 Realizarea proiectului

Componentele Robot MUR 350:

A: parte mecanica (sasiu, reductoare de Turatie - gear box, brat cu un cleste - arm + gripper);

B: o parte electronica (senzori, motoare, controller);

C: o parte de logica (programul care decide felul in care robotul actioneaza motoarele in functie de datele returnate de senzori).

Bibliografie

[1] Telea, D., „Sisteme flexibile de fabricatie”, Editura ULB Sibiu, 2008.

Page 28: Robotul Industrial Manipulator MUR 350

[2] * * * Internet, http://howstuffworks.com , 18 mai 2010.

[3] * * *„ Kuka Robotics” http://www.kuka.com , 05 iunie 2010.