01_Manip_robotizata_curs_1

ROBOTICA

Robotizarea Fabricatiei II© Sef lucrări Dr. Ing. Bogdan MOCAN

Bogdan MOCAN

Departamentul Ingineria Proiectării si Robotica

e-mail: [email protected]

Manipularea robotizata a materialelor

- curs 1 -

ROBOTICA

1Robotizarea Fabricatiei II© Sef lucrări Dr. Ing. Bogdan MOCAN

Robotizarea Fabricatiei II

ROBOTICA

© Sef lucrări Dr. Ing. Bogdan MOCAN

Introducere

• Manipularea robotizată a materialelor este una dintre cele mai întâlnite aplicaţii industriale ale roboţilor.

aceasta se realizează de regulă cu roboţi industriali articulate implementati in activitati de tip „pick-and-place” sau cu manipulatoare relativ simple.

2


ROBOTICA


Introducere

• Utilizarea roboţilor industriali în manipularea materialelor conduce la:

reducerea costurilor cu forţa de muncă,

înlocuirea operatorilor umani în cadrul sarcinilor de lucru cu un grad ridicat de periculozitate sau rutină.

3


ROBOTICA


Introducere

• Manipularea robotizată are ca efect reducerea deteriorărilor pieselor pe parcursul operaţiei de manipulare în comparaţie cu varianta clasică în care sunt implicaţi operatori umani.

4


ROBOTICA


• configuratia robotului

5

Criterii de performanta ale robotilor

Robustete Repetabilitate Manevrabilitate Dexteritate

Config. polara X X

Config. cilindrica X X X

Config. carteziana X X

Config.

antropomorfica

X X

...


ROBOTICA


Exemple de configuratii robotice

6


ROBOTICA



• Precizia si repetabilitatea precizia: se refera la abilitatea unui robot de a aduce

punctul caracteristic al efectorului final intr-o poziție ținta, specificata in programul de lucru si care poate fi asimilata spațiului de lucru a robotului

repetabilitatea: o măsura a capacitații unui robot de a reveni de fiecare data intr-o pozitie care a mai fost atinsa anterior si care apare in programul sau de lucru

7


ROBOTICA



• Precizia

si repetabilitatea

8


ROBOTICA



• Rezolutia

amplitudinea r a deplasarii minim posibila estefoarte importanta in aplicatii de asamblare saumanipulare.

precizia: p=r/2

9


ROBOTICA



• Capacitatea portanta (payload):

greutatea totala (ex. efector final si obiectul de manipulat) care poate fi mutat de catre robot faraa fi afectata foarte mult performanta (precizia)

de la cateva kilograme pana la o mie de kilograme

(5 ÷ 1000 si peste)

10


ROBOTICA


Definitii

• Manipularea materialelor este o operaţie relativ complexă şi se referă la utilizarea metodei potrivite de manipulare pentru a furniza în condiţii de siguranţă:

• cantitatea potrivită din materialul necesar;

• în orientarea, în poziţia şi în condiţiile specificate;

• la momentul potrivit şi

• cu costuri cât mai reduse.

… manipularea materialelor este mai mult decât simpla manipulare a unui material dintr-un loc în alt loc!

11


ROBOTICA


Definitii

• Sistemele de manipulare a materialelorconstau din trei sub-sisteme principale: sub-sistemul de transfer al materialelor dintr-un loc în alt

loc cu respectarea unor specificaţii de proces;

sub-sistemul de stocare al materialelor şi

sub-sistemul de control al materialelor.

… alegerea uneia sau alteia dintre alternativele posibile depinde de concluziile studiului de fezabilitate tehnico-economic.

12


ROBOTICA


Definitii

• Sarcini de lucru pentru manipularea materialelor in aplicaţii industriale în care roboţii: alimentează diverse maşini şi echipamente de proces;

poziţionează o componentă pe o linie de montaj;

transferă o piesă dintr-un loc în altul.

• Aplicaţiile industriale în care robotul manipulează o sculă de lucru nu fac parte din categoria aplicaţiilor de manipulare a materialelor (ex. sudarea în puncte, vopsirea etc.).

13


ROBOTICA


Ecuatia manipularii

• În proiectarea oricărui sistem de manipulare a materialelor trebuie ţinut cont de aşa numita „ecuaţie a manipulării materialelor”.

• Această ecuaţie este de fapt un cadru de luare a deciziilor. În acest sens, există o serie de paşi de urmat.

14


ROBOTICA


Ecuatia manipularii

Pasul 1:

trebuie să răspundă la întrebarea „Ce obiect manipulăm?”

… din această perspectivă trebuie să colectăm date referitoare la:

a) caracteristicile geometrice, de masă şi de material;

b) cantitatea de manipulat.

15


ROBOTICA


Ecuatia manipularii

Pasul 2:

trebuie să răspundă la întrebarea „Unde şi când trebuie transferat obiectul?”

… in acest sens, trebuie definite foarte clar următoarele:

a) sursa şi destinaţia (prin poziţie şi orientare);

b) timpul de transfer.

16


ROBOTICA


Ecuatia manipularii

Pasul 3:trebuie să răspundă la întrebarea „Cum şi cu ce efectuăm operaţia de transfer?”

… pentru aceasta trebuie să definim următoarele: a) caracteristicile operaţiei de transfer (traiectorie, viteză, forţă de

strângere în efectorul final, orientare pe traseu etc.);b) caracteristicile de precizie ale echipamentelor care efectuează

operaţia de transfer; c) caracteristicile de capacitate portantă, spaţiu de lucru şi viteză ale

echipamentelor; d) sistemul logistic intermediar (variante posibile); e) restricţiile fizice în spaţiul de lucru şi caracteristicile de dexteritate

ale echipamentelor care efectuează operaţia de transfer;f) necesarul de forţă de muncă (dacă este necesar).

17


ROBOTICA


Ecuatia manipularii

În conformitate cu ecuaţia manipulării materialelor, pentru a proiecta un sistem de manipulare a materialelor trebuie:

ca la început să fie definită aplicaţia,

apoi trebuie identificate şi analizate cerinţele aplicaţiei,

după care trebuie generate soluţii alternative,

iar apoi trebuie evaluate alternativele şi

în final selectată varianta cea mai bună din setul analizat.

18


ROBOTICA


Principii în proiectarea sistemelor automatizate de manipulare

I. Principiul analizei: înainte de a începeplanificarea şi proiectarea sistemului demanipulare trebuie elaborată o listă care săcuprindă probleme şi constrângeri potenţiale:

fie de natură fizică (ex. gabarit, greutate maximă de manipulat);

fie de natură tehnologică (ex. precizie, ciclu de lucru);

fie de natură economică (ex. rata de recuperare a investiţiei, nivelul maxim al investiţiei).

… iar apoi formulate obiective cuantificabile de atins.

19


ROBOTICA


II. Principiul planificării: pentru proiectarea adecvată a sistemului de manipulare este necesară stabilirea unui plan de acţiune care saincluda:

cerinţele tehnice de performanţă,

opţiunile posibile din punct de vedere tehnic şi

planurile alternative pentru toate sarcinile de lucru aferente manipulării şi stocării materialelor.

20



ROBOTICA


III. Principiul abordării sistemice: pentru a obţine economii la nivelul costurilor de producţie este de preferat (acolo unde este fezabil) să integrezi sarcinile de lucru aferente manipulării şi stocării materialelor într-un sistem de operare coordonat care include şi:

operaţii de inspecţie;

producţie;

împachetare;

înmagazinare şi livrare.

21



ROBOTICA


IV. Principiul încărcării: caută să efectuezi manipularea în loturi cât mai mari posibile (cu alte cuvinte, numărul de bucăţi manipulate odată să fie cât mai mare, dacă acest lucru este fezabil sub aspect practic).

22



ROBOTICA


V. Principiul utilizării spaţiului de lucru: caută să utilizezi la maximum posibil întreg spaţiul tridimensional.

VI. Principiul standardizării: caută să utilizezi metode de manipulare standard şi echipamente standard ori de câte ori este posibil.

23



ROBOTICA


VII. Principiul ergonomiei: ţine cont în proiectarea echipamentelor şi procedurilor de manipulare a materialelor de capabilităţile şi limitările operatorilor umani pentru a asigura o interacţiune eficientă a operatorilor umani cu sistemul.

24



ROBOTICA


VIII. Principiul energetic: dezvoltă soluţii care să conducă la un consum cât mai redus de energie pe ciclu de lucru deoarece acest aspect creşte atractivitatea asupra sistemului de manipulare din punct de vedere economic.

25



ROBOTICA


IX. Principiul ecologic: utilizează echipamente şi procedee de manipulare a materialelor care minimizează efectele nocive asupra mediului (ex. zgomot).

X. Principiul automatizării: robotizează/automatizează procesul de manipulare ori de câte ori este posibil pentru a creşte eficienţa operaţiilor de lucru.

26



ROBOTICA


XI. Principiul flexibilităţii: utilizează metode şi echipamente care pot executa o varietate de sarcini de lucru în condiţii de lucru variate (ex. roboţi industriali, sisteme de alimentare reconfigurabile).

XII. Principiul simplificării: simplifică operaţia de manipulare prin eliminarea, reducerea sau combinarea mişcărilor sau/şi a echipamentelor care nu sunt absolut necesare.

27



ROBOTICA


XIII. Principiul gravitaţiei: utilizează gravitaţia pentru a transfera materialele ori de câte ori este posibil, cu respectarea în acelaşi timp a cerinţelor de siguranţă şi cu evitarea deteriorării sau pierderii pieselor pe parcursul procesului de manipulare.

28



ROBOTICA


• XIV. Principiul siguranţei: utilizează metode şi echipamente de manipulare care respectă codurile şi reglementările de siguranţă la locul de muncă.

• XV. Principiul computerizării: consideră introducerea tehnicii de calcul în managementul sistemelor de manipulare şi stocare a materialelor pentru a îmbu-nătăţi nivelul de control.

29



ROBOTICA


XVI. Principiul fluxului de sistem: integrează fluxul de date cu fluxul de materiale pentru asigurarea unei abordări sistemice la nivelul procesului de manipulare şi stocare a materialelor.

XVII. Principiul configuraţiei: dezvoltă o secvenţă de lucru şi o amplasare a echipamentelor în spaţiul de lucru de aşa natură încât să rezulte o maximizare a eficienţei.

30



ROBOTICA


XVIII. Principiul costului de producţie: compară sub aspect economic diverse variante tehnice considerând în acest sens indicatorul de eficienţă economică „cheltuielile de operare/unitate manipulată”.

XIX. Principiul întreţinerii: elaborează de la bun început un plan de întreţinere preventivă pentru toate echipamentele de manipulare.

31



ROBOTICA


Cele nouăsprezece principii de proiectare pot fi introduse într-o listă de verificare, iar fiecare soluţie propusă se poate analiza relativ la aceste principii, acordându-se o notă de la 1 la 10 în raport cu fiecare principiu.

… pentru rafinarea procesului de analiză, se poate acorda o pondere fiecărui principiu.

32



ROBOTICA


Componentele unui sistem automatizat de manipulare

… conţine echipamente şi accesorii care acoperă patru funcţii majore:

a) containerizarea materialelor;

b) transferul materialelor (macro-mişcări şi micro-mişcări);

c) stocarea materialelor şi

d) controlul materialelor.

33


ROBOTICA


Parametri de selecţie (1/6)

… selecţia sau proiectarea unui container

Mărimea containerului;

Greutatea containerului, gol şi încărcat cu materiale;

Cerinţele de protecţie a materialelor;

Modularitatea containerului (ex.: sub-containere, super-containere);

Standardizarea dimensiunilor;

Durabilitatea containerului;

Cerinţele de siguranţă a muncii;

Cerinţele de identificare a containerului;

Utilizarea o singură dată sau reutilizarea containerului.

34


ROBOTICA



… selecţia echipamentelor de execuţie a micro şi macro-mişcărilor

Mărimea lotului;

Greutatea sarcinii de manipulat;

Numărul de piese manipulate per ciclu de lucru;

Frecvenţa mişcărilor;

Distanţa mişcării;

Timpul de răspuns per mişcare;

Obstacolele pe traiectoria de mişcare;

Evitarea coliziunilor cu alte echipamente aflate în mişcare;

Fluxul mişcărilor.

35


ROBOTICA



… pentru micro-mişcări trebuie luaţi în calcul şi alţi parametri:

Accesibilitatea operatorului şi a robotului;

Accesul la staţia de lucru;

Interfaţa operator-robot-maşină;

Timpul de operare al staţiei de lucru;

Caracteristicile de material ale pieselor.

36


ROBOTICA



… selecţia sau proiectarea sistemelor de stocare a materialelor:

Spaţiul cerut şi spaţiul disponibil;

Considerarea stocării centralizate sau descentralizate;

Mărimea piesei de stocat şi greutatea acesteia;

Capacitatea piesei de a îndeplini cerinţele de stocare;

Caracteristicile speciale ale pieselor care trebuie stocate;

Constrângerile spaţiului de stocare.

37


ROBOTICA



… selecţia sistemului „hardware” şi „software” pentru controlul materialelor:

Cerinţele de control în timp real sau pe lot;

Cerinţele de monitorizare continuă sau intermitentă;

Rata tranzacţiei;

Cerinţele de raportare pentru managementulprocesului de producţie;

Precizia controlului;

Flexibilitatea planificării fluxului de lucru.

38


ROBOTICA


Concluzii - Parametri de selecţie (6/6)

Pornind de la acest set de parametri, se elaborează o listă de criterii de selecţie a echipamentelor specifice unui sistem automatizat de manipulare a materialelor.

39


ROBOTICA


Aplicaţii industriale tipice (1/3)

… în care se utilizează roboţi pentru manipularea materialelor

Paletizarea şi de-paletizarea;

Ambalarea;

Stocarea;

Alimentarea şi descărcarea maşinilor-unelte;

Sortarea;

Alimentarea cu piese;

Transferul materialelor.

40


ROBOTICA




41


ROBOTICA




42

… producătorii de roboţi industriali oferă de multe ori soluţii integrate de automatizare a operaţiilor de manipulare a materialelor pentru diverse aplicaţii industriale.

… soluţii propuse de producătorii sau integratorii de roboţi industriali referitoare la manipularea robotizată a materialelor se pot gasi pe internet


ROBOTICA


... in loc de încheiere

“Adevărata cunoaștere înseamnă să aflăm cat de extinsă este ignoranța noastră”

43

Confucius (551-479 i.e.n.)

Date post:	09-Jul-2016
Category:	Documents
Upload:	veronicanistor
View:	217 times
Download:	2 times

01_Manip_robotizata_curs_1

Documents