SISTEME MECATRONICE

Roboi industriali

ROBOI INDUSTRIALI

Motto: Oamenii au o abilitate fantastic de a folosi orice corp ca extensie a propiului corp.1. Introducere n Robotica

Robotul este ntruparea noiunii de automatizare i control, este un produs mecatronic. Termenul de "robot" a fost utilizat n 1917 pentru prima oar ntr-o nuvel a scriitorului ceh Karel Capek. Cuvntul "robota" este cuvnt slav i nseamn munc manual dificil sau grea.

Roboii adevrai, aa cum i cunoatem astzi, au aprut n 1954, cnd un inginer american, Joseph Engelberger, a depus la oficiul de invenii un patent numit "programmed article transport".

1.1. Definiii ale Roboilor

La fel ca termenul "automatizare", termenul de "robot" este utilizat cu mai multe nelesuri, n diferite contexte. Cteva definiii sunt date mai jos :

Roboii sunt dispozitive de micare cu mai multe axe, aplicabile universal. Micrile i traiectoriile micrii sunt liber programabile i, dac este necesar, sunt ghidate de senzori. Roboii utilizeaz mini mecanice, unelte sau alte dispozitive (numite n general end-effectors) pentru a executa manipulri mecanice sau alte funcii de producie. n Germania este necesar ca un robot s aibe mai mult de 3 axe, dar acesast definiie nu este acceptat unanim, n ntraga lume. Multe alte ri ntre care Japonia i Statele Unite, utilizeaz alte definiii pentru roboi. De aceea este dificil efectuarea unui studiu comparativ a unor statistici de genul "numr de roboi la o mie de locuitori". n Japonia, de exemplu, un manipulator cu dou axe comandat manual este considerat robot.

n domeniul roboticii, cei mai interesani roboi sunt numii "roboi inteligeni". Ei ar trebui s fie capabili s manipuleze obiecte n lumea real i s reacioneze la evenimente externe. n plus, ei trebuie s fie flexibili, de exemplu s-i modifice comportamentul. Forma i mrimea robotului nu are importan n stabilirea faptului dac este sau nu inteligent. Cel mai important criteriu este multitudinea de senzori folosii de robot.

Caracteristici

Principalele caracteristici ale robotilor industriali se pot grupa n mai multe categori:

Geometrie

Spaiu de lucru

Configuraia articulaiilor

Numrul de grade de libertate

ncrctur

Capacitatea de ncrcare/ ncrcarea nominal - greutatea uneltei + greutatea piesei manipulate- Robotul poate mica acest ncrctur fr restricii de vitez i acceleraie (conform cu datele limit date de productor)

ncrcarea util = ncrcarea nominal Greutatea uneltei.

Cinematica

Viteza i acceleraia

Viteza pe traiectorie- Viteza uneltei ntr-o micare liniar ( viteza TCP Tool Center Point)

Timpul de micare

Precizia

Repetabilitate

Precizia de poziionare

Controller

Hardware

Software

Interfa

Programare

1.2. Clasificarea Roboilor

Mainile i uneltele sunt clasificate dup funciile pe care le ndeplinesc. Dac ndeplinesc mai multe funcii, atunci se grupeaz dup o funcie principal. Datorit uriaei varieti de funcii ale roboilor, acetia se pot clasifica n diverse grupe de funcii principale. Astfel, roboii de sudur i de vopsire pot aparine grupelor de maini de sudur, respectiv maini de vopsit. Roboii normali (care lucreaz cu mini mecanice) aparin dispozitivelor de manipulare.

1.2.1. Dispozitive de manipulare

Dispozitivele de manipulare sunt mecanisme care creeaz, schimb i menin un aranjament al unor corpuri cu geometrie bine delimitat, ntr-un spaiu fizic la care se ataeaz un sistem de coordonate. Aceasta este cea mai larg definiie pentru funcia de manipulare (handling n limba englez). n figura 2.1.1. se poate vedea o clasificare a dispozitivelor de manipulare.

Micarea unor piese sau a unor unelte este o caracteristic funcional a tuturor roboilor. Roboii sunt clasificai ca dispozitive de manipulare i apari sub-categoriei dispozitive de micare, fig.2.1.2.

Clasificare dispozitivelor de micare poate detalia i mai mult dac se ine seama de tipurile de controller-e utilizate pentru roboi.

Definiii

n afar de roboi, exist mai multe sub-clase de dispozitive de micare:

Manipulatoare simpleDispozitive de micare controlate manual pentru diverse operaii de manevrare

Tele-manipulatoare Manipulatoare conduse prin unde radio, de exemplu pentru mnuirea unor materiale periculoase (radioactive sau explozive).

Dispozitive de alimentare Mecanisme cu un program de micare fix. Traiectoriile i unghiurile de micare pot fi modificate mecanic. Sunt prevzute cu mini mecanice (gripper) pentru aciuni de mnuire obiecte.

1.3. Roboi i Automatizare

Automatizarea este strns legat de robotic. n acest context exist trei nivele de automatizare:

1. Automatizare cu funcionalitate constant

Dac se dorete o producie n serie mare, este mai economic s se cumpere echipament de producie optimizat, chiar dac preul de achiziie este mare. Prin obinerea unei productiviti mari preul de achiziie se justific i preul unitar pe produs va fi mai mic dect folosind alte echipamente. Pot aprea probleme datorit timpului mare de concepie a unor astfel de echipamente optimizate, datorit lipsei flexibilitii n cazul unor nevoi de modificare a produsului i datorit imposibilitii de utilizare a echipamentului dac se renun la fabricarea produsului.

2. Automatizare programabil

Dac se dorete fabricarea mai multor produse diferite n serie mai mic, atunci este nevoie de un echipamant care se poate adapta uor la noile cerine de producie. Dup modificarea automatizrii se pot realiza mai multe produse de acelai fel, costurile de modificare fiind justificate i acoperite de numrul relativ mare de produse fabricate.

3. Automatizare flexibil

De mai bine de 20 de ani proiectanii echipamentelor de producie se gndesc la sisteme de fabricaie n care realizarea unui singur produs s se fac cu acelai pre de fabricaie cu acela al unei serii mari de producie. Mecanismul const ntr-un numr de celule de fabricaie de aplicabilitate universal care sunt conectate prin sisteme de transport i stocare. Un controller de fabricaie central coordoneaz transportul pieselor la celulele de fabricaie i de asemenea transfer ctre roboi toate programele necesare de fabricaie. Un astfel de sistem poate fabrica un numr foarte mic sau foarte mare de acelai tip de produs la un cost identic per produs.

Baza produciei viitorului const n realizarea de sisteme i echipamente flexibile. Roboii inteligeni vor constitui o component principal a sistemelor de producie flexibile. Acetia vor putea fi utilizai att pentru producie ct i pentru transport. Vor trebui s i planifice i s i supravegheze aciunile, s interacioneze la stimuli din mediul ambiant i s poat comunica eficient cu alte maini. Aceste funcii necesit utilizarea tehnologiilor de senzoric i de comunicaie n reea.

1.4. Statistici privind repartiia Roboilor n lume i pe sectoare industriale

Mai multe organizaii naionale i internaionale adun i analizeaz la intervale constante de timp diverse date despre utilizarea roboilor n lume. La sfritul anului 1997, n lume erau instalai aproximativ 711.500 de roboi. Dintre acetia 58 % n Japonia, 10,8 % n SUA, 9,4 % n Germania i 11,4 % n restul Europei. Numrul de roboi instalai anual este n cretere, dar muli roboi nu sunt instalai n puncte de lucru noi ci sunt destinai nlocuirii unor roboi existeni.

Tabel 2.1.1. Numr de roboi instalai

Roboi instalai anualRoboi existeni la sfritul anului

PrognozaCreterePrognozCretere

ar / Regiune19972001n %19972001n %

Japonia42,70061,40044413,000433,4005

SUA12,50016,9003577,100114,80049

Germania9,00012,0003366,80095,70043

Italia3,7004,7002728,40039,10038

Frana1,7002,4004115,60019,00022

Anglia1,8001,900610,00014,20042

Sum71,40099,30039610,900716,20017

Europa de Vest3,8005,6004727,20040,90050

Asia7,0009,3003341,10069,20068

Alte ri2,7005,60010732,30046,80045

Sum total84,900119,80041711,500873,10023

Diagrama numrului de roboi utilizai la 10.000 de angajai este un indicator important pentru determinarea nivelului de automatizare dintr-o ar sau dintr-un domeniu economic al unei ri. n figura 2.1.3 se prezint aceast diagram pentru principalele ri industrializate.

Fig. 2.1.3. Diagrama numrului de roboi la 10.000 de angajai.

Pentru Germania, marea majoritate a celor 66.800 de roboi existeni n 1997 se utilizau n domeniile: sudur n puncte sau cu arc, asamblare, manipulare piese, tratare suprafee, paletizare i debavurare. n figura 2.1.4 sunt vizualizate mai detaliat domeniile i numrul de roboi din industria Germaniei. Dezvolatarea tehnologic a aplicaiilor de asamblare s-a datorat utilizrii senzorilor optici i tactili. Roboii pot utiliza aceti senzori pentru a se adapta la noile condiii ale mediului nconjurtor.

Fig. 2.1.4. Domenii i numr de roboi n industria Germaniei, n anul 1997

2. Utilizarea Roboilor

Dac se dorete utilizarea roboilor n aplicaii industriale, atunci trebuie inut seama de anumite considerente din alt punct de vedere dect al robotizrii n sine. Forte importante sunt dispozitivele periferice, cum ar fi senzorii i sistemele de transport. Comunicaia n reea devine din ce n ce mai important, pentru a se putea integra roboii n sistemele de producie.

2.1. Arii de aplicabilitate

Aplicaiile actuale ale roboilor sunt foarte variate. Pentru anumite aplicaii exist roboi speciali, pentru altele exist roboi cu o cinematic (structur mecanic) standard. Oricum, fiecare gen de aplicaie are propriile necesiti, de aceea nu s-a putut concepe i construi, nc, un robot universal.

Ariile de aplicabilitate ale roboilor se determin pe baza unor analize de fezabilitate i de condiiile economice specifice pieei. De aceea uneori nu este posibil utilizarea roboilor n orice domeniu. Dar aria de aplicabilitate a roboilor crete pe msur ce capabilitile controller-elor i a tehnologiei senzorilor se mbuntete. De asemenea, tehnicile inteligente de programare pot conduce la aplicaii noi (ca exemplu: generarea automat a traiectoriilor pe care trebuie s le parcurg robotul pe baza unor desene CAD). n ultimi ani, domeniile principale de aplicabilitate ale roboilor nu s-au schimbat. A crescut n schimb numrul de aplicaii din fiecare domeniu.

Principalele domenii de utilizare a roboilor sunt:

Interconexiuni (asamblri nedemontabile: sudare, lipire, cositorire)

transport

procesarea suprafeelor

debitare (tiere)

tehnici de producie: asamblare, poziionri componente electronice, msurri.

Se prezint mai jos cteva detalii despre aceste aplicaii.

2.1.1. Interconexiuni (asamblri nedemontabile ntre diferite tipuri de materiale)

Pentru roboi, tehnologia asamblrilor nedemontabile prin sudur i lipire reprezint un domeniu cu grad mare de automatizare. Robotul preia muncile monotone i periculoase, ca de exemplu: sudarea cu arc i sudarea n puncte. n aplicaiile de lipire i cositorire exist emisii de gaze toxice ce pot afecta sntatea angajailor.

Asamblarea nedemontabil a materialelor necesit o precizie bun i o calitate ridicat. Dac un robot execut suduri, lipiri i cositoriri, procesul poate deveni mai rapid i mai precis.

Sudarea n puncte

Sudarea n puncte este una din principalele aplicaii ale roboilor. n industria automobilelor, dificila munc de sudare a caroseriilor a fost preluat de roboi. Utilizarea roboilor este mult mai economic.

Pentru sudarea n puncte este nevoie de fore mari de apsare, astfel nct piesele metalice s formeze o zon de contact. Dup realizarea contactului, un transformator genereaz curent de amperaj mare ce va trece prin zona de contact ntre piesele metalice. Curentul mare va produce topirea metalului n zona de contact astfel realizndu-se sudarea. In timpul sudrii, dispozitivul mecanic de presare pstrez piesele lipite pn ce, la punctul de sudur, curentul este oprit i temperatura scade sub o anumit valoare.

Pentru sudarea n puncte se pot folosi i maini speciale dar utilizarea roboilor este mai flexibil, cu timp de pregtire mult mai redus n cazul n care este necesar schimbarea produciei (a modelului de caroserie). n industria automobilelor se folosesc n special roboi cu 6 grade de libertate. Micarea este uzual limitat la poziionare (PTP) ntre diverse puncte din spaiul su de lucru. ntre dou puncte de sudur pot exista i alte puncte de poziionare intermediar, pentru evitarea unor coliziuni. Pentru caroseria unui automobil sunt necesare, n medie, 3000 de puncte de sudur.

Fig. 2.1.5. Exemplu de roboi ce realizeaz sudare n puncte a unei caroseri de automobil.

Sudarea cu arc electric

Sudarea cu arc este de asemenea un domeniu al utilizrii roboilor. Aceast tehnologie presupune micarea robotului pe o anumit traiectorie cu vitez controlat, asemntor cu cea de la maini CNC. Pachete de programe software permit analiza unor proiecte CAD i generarea de programe pentru roboi astfel nct axcesta s poat urmri traiectorii foarte complexe. Senzori tactili, optici i electrici sunt folosii pentru urmrirea formei sudurii. Roboi echipai cu senzori pot corecta deviaii ale poziiei pieselor sau ale grosimii materialului. Senzorii folosii trebuie s reziste la condiiile dure dintr-un atelier de sudur: fum, scntei, variaii de temperatur,

O alt cerin n sudarea cu arc este alimentarea continu cu material de electrod, cu gaz inert i cu lichid de rcire.

Sudarea cu arc nu necesit neaprat o vitez constant dar necesit o micare exact a electrodului. Pentru optimizarea micrilor este uzual o proiectare inteligent a dispozitivelor de alimentare cu piese. Robotul de sudare cu arc trebuie s reziste la condiiile dificile de lucru.

Lipire

n prezent exist multe aplicaii n care dozarea i aplicarea cleiurilor de lipire pe diverse suprafee se face cu ajutorul roboilor. Particularitile roboilor folosii pentru lipire sunt asemntoare cu ale celor utilizai n sudarea cu arc, adic micare continu pe o traiectorie precis. La aceti roboi, dozarea lichidului de lipire este sincronizat cu viteza de deplasare a diuzei deasupra materialului. Astfel, la schimbri brute de direcie n care viteza scade, se limiteaz i debitul de soluie aplicat. n aplicaiile de lipire se pot atinge viteze mai mari de deplasare dect n aplicaiile de sudare cu arc electric.

Cositorire

Cositorirea componentelor electronice pe plci imprimate este o aplicaie de succes a roboilor. Tehnologia implic cositorirea componentelor de acelai tip n celule de lucru diferite sau ca acelai robot care va schimba aparatul de cositorit (care poate fi de diferite mrimi) dup aplicarea mai multor piese de acelai tip.

n afar de cositorire, pentru lipirea componentelor electronice se folosesc i alte tehnologii: lipire cu topire prin inducie, prin lumin n infrorou sau cu laser.

Fig.2.1.6. Aplicaie de cositorire cu robot.

2.1.2. Transport

Diverse procese tehnologice sunt realizate la mai multe posturi de lucru. Apare necesitatea de transport al unei piese dintr-un loc n altul. Un robot poate realiza astfel de aplicaii, mai ales acolo unde munca este prea obositoare sau prea monoton pentru un operator uman. Exist trei tipuri de aplicaii de transport:

Mnuirea unor piese

Paletizare

Alimentarea cu piese a unor maini-unelte

Mnuirea unor piese

n producia de mas roboii asigur fluxul tehnologic pentru staii i maini de prelucrare cu timp de ciclu mic. Datorit varietii mari de tipuri i dimensiuni de roboi, acetia sunt preferai unor dispozitive mecanice rigide.

Roboii se folosesc pentru mnuirea unor piese grele, voluminoase sau care au temperatir mare (n industria metalurgic).

Un alt exemplu de mnuire piese este sortarea. n acest tip de aplicaie robotul va aranja piese dup anumite criterii pentru asamblare ulterioar sau pentru alimentarea mai multor standuri de lucru.

Fig.2.1.7. Mnuirea unor obiecte voluminoase (cutii).

PaletizarePaletizarea este un proces tehnologic obinuit la nceputul i la sfritul unei staii de procesare sau ale unei linii de producie. Obiectele sunt aezate pe palei pentru un transport mai uor. La nceputul unei linii de producie robotul preia obiectele de pe palei i le aaz n primul post de lucru. La sfrsiul liniei de producie robotul preia obiectele de pe linie i le aaz pe palei, de obicei unul lng altul i pe diferite nivele.

Roboii utilizai pentru paletizare trebuie s aib spaiul de lucru mare i vitez de micare mare. Trebuie s cunoasc poziia n care a fost aezat paletul, dimensiunile i modul de aezare pe palet a obiectelor. Funcie de mrimea obiectelor, robotul va folosi dispozitive de apucare (gripper-e) speciale.

Fig. 2.1.8. Examplu de aplicaie de paletizare cu robot.

Alimentarea cu piese a unor maini- unelte

Datorit costului mare al mainilor unelte cu comenzi numerice, acestea trrebuie s lucreze ct mai mult i ct mai rapid pentru a se limita timpul de recuperare a investiiei. Utilizarea roboilor pentru alimentarea cu piese a acestor maini-unelte este justificat deoarece roboii pot executa micri mai rapide i mai precise dect un operator uman. Pentru c i un robot este destul de scump, se folosete deseori n scopul alimentrii cu piese a mai multor maini-unele. La alimentarea cu piese se folosesc gripper-e duble. Astfel, n aceeai micare ctre main se ridic piesa prelucrat i, printr-o simpl rotaie, se las noua pies brut.

Robotul se sincronizeaz cu mainile-unelte prin intrri/ieiri digitale sau prin comunicaie n reea.

Fig. 2.1.9. Aplicaie cu robot ce alimenteaz cu piese

o main-unelat (strung).

2.1.3. Procesarea suprafeelor

Domeniul procesrii suprafeelor este destul de dur n ceeace privete condiiile de lucru i sntatea operatorilor umani. La locul de munc pot exista vapori de solveni chimici, praf, resturi de polizare, scntei, zgomot intens etc. n aceste cazuri automatizarea este impus de condiiile grele de munc. De obicei, aceste zone sunt izolate de restul spaiului de producie prin cabine sau paravane.

Aplicaii uzuale ale roboilor n domeniul procesrii suprafeelor:

Vopsire

Polizare i lefuire

Debavurare

Vopsire

Roboii de vopsire sunt frecvent utilizai n aplicaiile industriale. Cel mai bun exemplu este cel de vopsire a caroseriilor de automobile, care este deja un standard. Mai muli roboi coopereaz la acelai stand de lucru pentru vopsirea unei caroseri.

Particulele atomizate de vopsea care ies din pistolul de lipit sunt electrizate. Astfel ele ader mai bine la suprafaa metalului, pierderile de vopsea fiind sub 5%. Pentru o vopsire de calitate, distana dintre pistolul de vopsit i suprafaa metalului trebuie s rmn constant. De asemenea, viteza de micare trebuie s fie constant.

Multe firme nc mai folosesc procduri de tip teach-in pentru a memora poziiile de micare ale robotului. Utilizeaz un model al robotului i o caroserie etalon pentru a nva manual ce traiectorii trebuie s urmreasc robotul.

Piesele pot fi plasate pe o band rulant. n aceste cazuri, traiectoriile micrilor robotului trebuie s in seama de viteza de micare a benzii rulante.

Roboii sunt protejai mpotriva ptrunderii n articulaii a vaporilor solveni i a picturilor de vopsea.

Fig. 2.1.10. Aplicaie de vopsiere a unei caroseri de automobil cu roboi.

Polizare i lefuire

n aplicaiile de polizare, robotul trebuie s mnuiasc o pies pe care s o preseze cu for controlat asupra unei benzi sau a unui disc de polizare. Mobilitatea braului robotului permite polizarea piese sub diferite unghiuri, att static ct i din micare. Senzori speciali trebuie msoare fora de apsare i s detecteze poziia uneltei (discul polizorului) n cazul n care aceasta se uzeaz.

Debavurare

n metalurgie, dup operaia de turnare n forme, suprafeele pieselor sunt acoperite de bavuri. Acestea trebuie ndeprtate cu ajutorul unor discuri de tiere sau a unor polizoare.

Polizoarele se pot monta pe robot cu ajutorul unor flane de metal i cauciuc. Elasticitatea cauciucului preia ocul transmis n braul robotului de forma neregulat a bavurilori permite mici deviaii de la traseul exact (programat) al sculei robotului.

2.1.4. Debitare

n multe aplicaii industriale, pentru tierea tablelor se folosesc maini de tanat. Dar unele materiale i piese de forme complexe nu permit utilizarea tanelor. De asemenea pentru serii mici de fabricaie, construirea unei matrie de tanat este neeconomic. n aceste cazuri se pot utiliza roboi care vor trebui s mnuiasc diverse unelte de tiere.

Pocesele de debitare implic existena unui pericol pentru sigurana operatorului uman. Ca factori de pericol se pot enumera: emisiile de gaze, praf, umiditate, lumin de laser, zgomot etc.

Roboii utilizai n operaii de debitare trebuie s satisfac aceleai cerine ca i cei de sudur cu arc. Trebuie s urmreasc cu precizie traiectorii complexe.

Principalele tehnologi de debitare utilizate cu roboi sunt:

Tiere cu jet de ap

Tiere cu laser

Tiere prin mijloace convenionale

Debitare cu jet de ap

Se folosete pentru a tia materiale moi, cum ar fi plasticul sau materialele compozite. Un jet de ap sub presiune (de sute pn la o mie de bar) cu diametrul de 0,15 mm este plimbat pe desupra materialului care se dorete a fi tiat. Debitul este mic, 0,5 litri pe minut, i valve speciale pot opri jetul n cteva milisecunde.

Zonele de tiere cu jet de ap sunt izolate cu cabine de lucru. Roboii trebuie s reziste la umiditatea ridicat rezultat n zona de tiere. Ei sunt protejai la fel ca roboii pentru vopsire.

Tiere cu laser

Laserul este o tehnologie nou. Tierea cu laser este bazat pe separarea termic a materialului. Acesta este nclzit pn la temperatura de topire sau chair de evaporare. Se pot tia cu laser att materiale metalice ct i nemetalice (pastic, ceramic).

Exist mai multe tehnici de tiere cu laser ce depind de tipul de gaz folosit pentru suflare:

Tiere prin sublimare

Raza laser vaporizeaz metalul. n locul de tiere, pe lng laser, trebuie suflat un gaz inert ce va ndeprta materialul vaporizat.

Tiere prin topireLaserul topete materialul iar gazul inert ndeprteaz topitura. Cu aceast tehnologie, un robot poate tia metal n atmosfer controlat (gaz inert) fr s produc oxidare suprafeelor de separaie.

Tierea cu reacie exoterm Materialul este nclzit cu o raz laser pn aproape de punctul de topire. Un gaz special de ardere (oxigen) este suflat deasupra zonei de tiat. Are loc un proces exoterm care produce o nclzire suplimentar i topete materilul. Jetul de gaz ndeprteaz i materialul topit.

Tiere convenional

Roboii utilizeaz pentru tiere dou tehnologi convenionale:

Cu flacr autogen

Aceasta este cea mai veche metod folosit pentru procedee de tiere termic. Este folosit pentru a tia oel slab aliat cu grosime dela 3 mm pn la 200 mm. Selecia gazului potrivit este esenial pentru obinerea unei tieri de calitate. De exemplu, oxigenul este utilizat n combineie cu acetilen sau propan. Flacra nclzete materialul pn la o temperatur de aplindere a acestuia, dup care materialul arde datorit prezenei oxigenului. n timp ce arde, temperatura materialului crete pn la punctul de topire i jetul de gaz ndeprteaz topitura.

Tierea cu arc de plasm

Spre deosebire de tierea cu flacr autogen, tierea cu plasm nu conduce la aprinderea i arderea materialul. Plasma are suficient energie pentru a provoca topirea materialului. ndeprterea materialului se face cu un jet de gaz inert. La origine, acest procedeu a fost folosit pentru tierea metalelor pentru care nu se putea folosi procedeul autogen: aliaje crom-nichel, oel inox, cupru. Grosimea acestor materiale putea atinge maxim 150 mm. n prezent se tehnologia folosete i pentru tierea oelurilor nealiate sau slab aliate cu grosimi de pn la 40 mm.

2.1.5. Tehnici de producie

Asamblarea unui produs din diverse pri componente este o operaie care necesit precizie i o programare exact a ordinii micrilor. Pentru a utiliza roboi n acest tip de activitate, este foarte important detectarea cu ajutorul senzorilor a orientrilor i poziiilor diverselor subansamble sau piese.

n timpul asamblrii, robotul trebuie s asigure o vibraie pentru mbinarea componentelor. De asemenea, trebuie s controleze forele de apsare pentru a nu produce avarii. Unelte speciale sunt folosite cu diverse scopuri: nurubare, gurire etc. De abia ultimele generaii de roboi au putut fi folosii eficient n procesele de asamblare. De aceea, aceast arie de aplicabilitate a roboilor este una din cele mai dinamice, acum i n viitorul apropiat.

Asamblarea de componente mecanice

Asamblarea este tehnologia de montare a mai multor piese sau module pentru obinerea unui singur produs. Pentru obinerea unui proces economic de asamblare exist cteva condiii ce trebuie ndeplinite:

Prile componente trebuie proiectate din start pentru a uura procesul de asamblare (de ex. autocentrare).

Piesele trebuie s alimenteze standul de asamblare n timp util i cu o anumit orientare n spaiu.

Procesul de asamblare trebuie s fie meninut ct se poate de simplu i trebuie adaptat la spaiul de lucru al robotului.

Roboii de tip SCARA execut aproximativ 80% din totalul operaiilor de asamblare cu robot. Sunt folosii cu succes i roboii tip portal. Funcii de asamblare mai complexe se pot realiza cu roboii articulai, cu 5 sau 6 grade de libertate. Dac procesul de asamblare nu se poate automatiza complet, atunci se folosesc i posturi de asamblare manual, deservite de operatori umani.

Fig. 2.1.11. Aplicaie de asamblare a unei foarfeci cu robot.

Poziionri de componente electronice

n producia de circuite electronice imprimate, mainile de inserie plaseaz diferite componente electronice n locuri precise, pe placa imprimat. Nu toate componentele electronice pot fi mnuite cu mainile de inserie. Roboi echipai cu gripper-e speciale sunt utilizai pentru montarea i lipirea pe placa electronic imprimat a acestor componente mari sau dificil de montat cu maini de inserie.

Msurare

Msurarea aleatoare, dintr-un lot de piese, este o metod utilizat frecvent pentru controlul calitii produselor. Exist aplicaii n care roboi preiau de pe banda de producie, la intervale de timp regulate sau aleatoare, piese pe care le msoar n vederea verificri calitii.

Fig. 2.1.12. Aplicaie msurare cu robot industrial..

2.1.6. Domenii speciale de utilizare a roboilor

n afar de producia industrial, exist i alte domenii n care utilizarea roboilor s-a impus sau a fost eficient. n aceste domenii nu se poate vorbi de raportul ntre costul robotului i un anumit numr de produse. Exemple de domenii cu aplicaii speciale pentru roboi sunt:

Spaiu extratetrestru

Laboratoare de cercetare

Medicin

Producii n camere sterile

Construcii

Spaiul extraterestru

n spaiul extraterestru prezena omului este foarte costisitoare. Instalaiile pentru susinerea vieii i aprovizionarea astronauilor de pe pmnt sunt complexe i scumpe, din punct de vedere tehnologic. De aceea, n misiuni spaiale sunt preferate sistemele automatizate.

Urmtoarele misiuni spaiale pot fi realizate cu ajutorul roboilor:

Realizarea de experimente de laborator

Acroarea i re-alimentarea sateliilor, cu posibilitatea de efectuare de reparaii

Explorarea unor planete cu roboi mobili

Laboratoare de cercetare

Laboratoarele de cercetare n domeniul medicinei, farmaceutic, al chimiei i biotehnologiilor necesit ntotdeauna mnuirea unor substane sau aparate. Aceste trebuir pot fi preluate de roboi.

Roboi de dimensiuni mici pot executa eficient urmtoarele activiti:

Mnuirea de pipete pentru dozare amestecuri

Mnuirea de eprubete

Alimentarea unor cabinete aflate la temperatur ridicat

Alimentarea cu probe a unor analizoare

Medicin

Fabricarea unui produs medicat necesit maxim igien i precizie ridicat. O mare parte din producele farmaceutice sunt produse n camere sterile. Prezena omului n aceste locuri poate compromite producia. De aceea, utilizarea roboilor este justificat. n camerele sterile roboii realizeaz toate activitile de mnuire i de mpachetare (ncapsulare) a produselor.

n viitor, roboi specializai vor putea asista medicii la operaiile chirurgicale. n primele analize clinice, roboi tele-operai pot executa micri impuse de medici. Roboi chirurgicali autonomi vor putea n viitor s execute singuri operaii chirurgicale complete. Imagini tomografice i camere de luat vederi vor cransmite informaii permanent ctre aceti roboi.

Producii n camere sterile

Anumite procese de producie necesit controlul strict al climatizrii i un mediu foarte curat. Ca exempleu se pot da: producia de semiconductori, de circuite integrate i de materiale magnetice pentru stocare date. Aceste producii se realizeaz n aa numitele camere sterile. ntr-o camer steril temperatura i umiditatea sunt meninute constante iar aerul trebuie s aibe ct mai puine particule de impuriti (praf, vapori de ulei, aerosoli etc.).

n aceste incinte roboii sunt folosii n general pentru activiti de manipulare. Micrile trebuie s fie deseori foarte precise iar gradul de repetabilitate al micrilor este foarte important. n plus, aceti roboi trebuie s nu contamineze aerul cu impuriti.

Construcii

Muncitorii constructori trebuie s lucreze n aer liber, n orice condiii de vreme. Deseori trebuie s manipuleze obiecte grele n spaii incomode. Aceast munc este grea i implic riscuri mari de accidentare.

Din aceste motive este de dorit ca anumite munci s fie automatizate. Roboii sunt foarte rar utilizai n construcii, n special n zanele de producere a semifabricatelor, dar, acei civa care sunt n activitate lucreaz n urmtoarele domenii:

Lucrri de zidrie

Ramforsare n construcia prefabricatelor

Producia de elemente pentru tavan i perei

Construcii de cldiri automatizate

Roboii folosii n lucrri de zidrie trebuie s reziste la aceleai condiii ca toate celelalte maini din construcii:

S fie posibil utilizarea lor n aer liber i cu dese relocaii.

S reziste la transport pe drumuri neamenajate.

S reziste la mizerie, noroi i ap.

S poat opera pe orice vreme i n condiii climaterice variate.

Trebuie s dispun de autonomie, deci de o surs de energie proprie.

2.2 Dispozitive adiionale pentru roboi

La fel ca un om, un robot are nevoie de diverse scule, instrumente i dispozitive de msur, pentru a putea ndeplini ntr-un timp dat o munc de calitate. De aceea un robot are n spaiul lui de lucru mai multe dispozitive adiionale care l ajut s ndeplineasc funcii specifice. Cele mai uzuale dintre aceste dispozitive se enumer mai jos:

Senzori

Staii de poziionare a pieselor

Dispozitive de prindere

Magazii de piese

Sisteme de schimbare a sculelor

Sisteme de transport

Axe de micare adiionale

Maini-unelte

Depozite cu stocuri

Staii de poziionare a pieselor

Sunt utilizate pentru fixarea ntr-o anumit poziie a pieselor sau a unor module care transport piese. Din aceast poziie piesele sunt prelucrate de o main sau de ctre robot. Fixarea piesei are legtur cu sistemul de coordonate al robotului i deci cu programul de micare al acestuia.

Deseori fixarea pieselor se realizeaz prin acionri pneumatice ce preiau piese de pe o band rulant, le aaz ntr-un dispozitiv de fixare cu ghidaje mecanice.

Dispozitive de prindere

Dispozitivele de prindere sunt utilizate pentru fixarea i strngerea piesei n vederea executrii unei operaii tehnologice asupra acesteia. Prin fixarea i stngerea piesei se asigur o poziie i o orientare exacte ale acesteia.

Dispozitivele de prindere sunt mecanice i la acionarea lor, n mod frecvent se folosete energie electric, pneumatic sau de vacuum.

Sisteme de schimbare a sculelor

n producia industrial de mas, un robot poate realiza timp ndelungat o singur operaie precis pentru foarte multe piese identice. n acest scop robotul este dotat cu un gripper sau o scul, specializate pentru operaia tehnologic.

Dac robotul este prevzut s opereze cu mai multe tipuri de piese de diferite forme, atunci el va trebui s foloseasc mai multe tipuri de gripper-e sau scule.

Nu exist nc un gripper universal sau o scul universal pentru ntreaga gam de activiti realizate de roboi. De aceea gripper-ul sau unealta trebuiesc proiectate special pentru manevrarea sau prelucrarea optim a piesei de interes. Uneori roboii trebuie s schimbe scula i pentru acest lucru se folosesc dispozitive speciale de tip magazie de scule, la care robotul are acces n spaiul su de lucru. n acest scop, braul robotului are din proiectare un dispozitiv de prindere necesar pentru fixarea sculelor.

Sisteme de transport

ntr-o fabric automatizat, fluxul de materiale trebuie s fie foarte bine gndit i optimizat. Exist numeroase variante de asigurare n flux continuu a produciei cu materie prim, piese brute, scule, consumabile etc. Urmtoarele sisteme de transport sunt dintre cele mai folosite:

Benzi transportoare (pentru piese mici)

Crucioare de transport (pentru piese mari)

Vehicole cu ghidare autonom (pentru distane mari) (AGV Autonomously guided vehicles)

Mese rotative indexabile

Dei sistemele de transport par s fie separate de producie, componentele acestui sistem pot servi i la alte scopuri. De exemplu, AGV-urile pot fi utilizate ca mas de lucru la un post de prelucrare sau la mai multe posturi, astfel, piesa putnd s nu prseasc platforma vehicolului pe durata ntregului proces de fabricaie. Aceeai idee se poate aplica i pentru benzi transportoare sau pentru mese rotative de indexare.

Axe de micare adiionale

Axele de micare adiionale sunt folosite pentru a mri spaiul de lucru al robotului. De obicei aceste axe sunt liniare. Mrirea gradelor de libertate ale robotului poate permite utilizarea unui singur robot pentru mai multe posturi de lucru i deci utilizarea mai eficient a capacitilor de producie.

Fig. 2.1.13. Robot cu ax de micare adiional.

Maini-unelte

n fabrici automatizate se folosesc maini-unelte cu comenzi numerice. Acestea nu au nevoie de operator dect pentru alimentare cu piese i supraveghere. O aplicaie rspndit a roboilor este de a alimenta cu piese maini-unelte cu comenzi numerice. n acest fel procesul de producie devine complet automatizat, un operator uman putnd supraveghea mai multe maini CNC.

Depozite cu stocuri

O producie economic i fr salturi depinde de o alimentare continu a facilitilor de producie cu materie prim i materiale. Materiile prime sunt pstrate n depozite mari, de tip rafturi aezate pe vertical, i sunt automatizate. Controlul unor asemenea depozite se face cu ajutorul calculatorului, n care se menine actualizat i o baz de date cu informaii despre stocuri.

Pentru decuplarea unitilor de producie care au timpi de ciclu diferii i pentru evitarea opririi produciei n cazul unor defecte locale, se utilizeaz mici stocuri de materiale n diferite pri ale zonei de producie. Aceste mici stocuri deservesc alimentarea cu piese pentru: celule de fabricaie, roboi sau maini CNC. Sistemul de transport poate fi, de asemenea, utilizat pentru crearea de astfel de mici stocuri.

Produsele finite sunt depozitate n aceeai magazie automatizat pn la ncrcarea pentru livrare. Materiile prime i produsele finite din depozit sunt valori ale companiei, creterea stocurilor nsemnnd investiii de bani lichizi i deci creterea cheltuielilor de producie.

Tendinele moderne de fabricaie sunt n favoarea micorrii stocurilor pentru a micora astfel costul de producie. Materiile prime i produsele finite sunt livrate n acord cu principiul just in time. Acest tip de organizare are dezavantajul c producia fabricii se poate opri n totalitate dac un furnizor de materiale sau un transportator pentru produsele finite ntmpin probleme interne i nu i pot respecta anumite contracte.

Fig. 2.1.14. Depozit automatizat de materii prime i produse finite.

Fig. 2.1.1

Fig. 2.1.2

PAGE 17