PROIECTIMPLEMENTAREA ROBOTILOR INDUSTRIALI IN SISTEME DE PRODUCTIE

Anul universitar 2013-2014

CuprinsCap.1. Studiul aplicatiilor de paletizare robotizata similara celei realizate1.1. Generalitati privind aplicatia de paletizare robotizata(definitie, caracterizari, probleme intalnite in mod obisnuit, etc).1.2. Solutii constructive implementate in industrie(exemple de celule de paletizare existente, cu descrierea cat mai detaliata a structurii aplicatiei, parametrii tehnici si modul de functionare pentru fiecare celula in parte).1.3. Concluzii (structura tipica-generalizata-pentru o celula de paletizare robotizata, tipuri de roboti utilizati, modul tipic de functionare).Cap.2. Analiza comparativa a robotilor industriali similari celui integrat in aplicatie(roboti dedicati operatiilor de paletizare-descrieti robotii utilizand datele din fisele tehnice sau din manualele de produs gasite pe site-urile producatorilor de roboti).Cap.3. Prezentarea aplicatiei realizate(imagine de ansamblu a celulei-vedere de tip perspectiva dintr-un unghi care sa arate cat mai bine structura acesteia- cu explicarea moduluide functionare; vedere de sus a celulei cu identificarea prin numerotare a componentelor majore, ale caror denumiri vor fi introduse intr-un tabel ce va urma acestei imagini, alaturi de numarul alocat fiecarui element; vederi laterale ale celulei; prezentarea imaginii fiecarui component major al celulei cu descrierea rolului functional al acestuia in cadrul aplicatiei; separat, prezentarea robotului similar cu prezentarile robotilor discutati la capitolul 2 si explicarea rolului functional al acestuia in cadrul celulei).

Cap.1. Studiul aplicatiilor de paletizare robotizata similara celei realizate1.1. Generalitati privind aplicatia de paletizare robotizata(definitie, caracterizari, probleme intalnite in mod obisnuit, etc).Paletizarea reprezinta operatia de dispunere volumica ordonata, in plan orizontal (sub forma de straturi cu inaltime omogena) si pe verticala (sub forma de straturi multiple) pe dispozitive de transport denumite paleti, a diferitelor categorii de obiecte (produse ambalate in cutii de carton cu forma paralelipipedica, saci cu materiale vrac de tip granule sau pulberi, seturi de obiecte multiple preinfoliate- sticle cu apa/ulei etc.) manipulate individual sau in grup de catre roboti industriali sau masini automate de paletizare. Paletizarea se realizeaza pe paleti cu dimensiuni reglementate prin standarde internationale pentru a se facilita unificarea conditiilor de stocare, transport si manipulare a acestora.RI de paletizare pot structura stivele de produse paletizate dupa diferite scheme de dispunere ordonata a obiectelor, fiecare strat in parte avand o alta dispunere a acestora. Fiecare strat de obiecte paletizate are un centru de greutate echivalent ce uzual nu coincide ca locatie cu centrul de simetrie geometrica a suprafetei paletului. Din acest motiv, straturile cu configuratie/ dispunere diferita a obiectelor pe palet alterneaza pana la constituirea unui pachet/ grup de straturi (uzual 2-4 straturi) care are centrul de greutate echivalent cu o localizare in plan identica cu cea a centrului de simetrie geometrica a suprafetei paletului. Numarul total de straturi de paletizare rezulta , ca urmare, sub forma unui multiplu al numarului de pachete / grupuri de straturi fiecare grup incluzand la randul sau 2...4 straturi cu dispunere diferita a obiectelor.Orientarea si pozitionarea produselor pe straturile unei stive este deosebit de variata tinand cont de forma( patrata sau dreptunghiulara) paletului precum si de forma si dimensiunile specifice ale produselor paletizate.Celulele si sistemele de fabricatie robotizata dedicate realizarii operatiilor de paletizare au o structuria diversificata, configuratia specifica a acestora si scalarea sistemelor fiind dictate de necesitatile specifice ale fluxurilor de productie/ beneficiarilor la care se implementeaza aceste sisteme.In acest sens, desi nu exista solutii standard preconfigurate de realizare a unor astfel de sisteme (toate sunt concepute la tema), se pot totusi identifica cateva categorii majore de structuri cu frecventa maxima de aparitie in aplicatiile de paletizare, o parte dintre acestea fiind urmatoarele:*aplicatie robotizata pentru paletizarea unui singur tip de produs, cu un singur conveior de aprovizionare si un conveior de iesire a produselor paletizate;* aplicatie robotizata cu un singur conveior de aprovizionare si doua conveioare de paletizare;* aplicatie robotizata pentru paletizarea a trei tipuri de produse si un singur conveior de paletizare;*aplicatie robotizata cu trei conveioare de aprovizionare si trei conveioare de paletizare;In proiectarea unei CFF robotizata dedicata realizarii operatiilor de paletizare , trebuie sa se tina cont de urmatoarele:-tipul(cutie, sac sau naveta) si numarul produselor care vor fi paletizate;-structura CFF- numarul conveioarelor de alimentare/ evacuare, RI dedicat operatiei de paletizare/ masina speciala de paletizare, existenta sau nu a unui stocator de separatoare sau a unui dispensor de paleti;-dispunerea elementelor CFF in vederea optimizarii operatiei de paletizare (ex: conveiorul de alimentare este coaxial cu cel de evacuare, conveiorul de evacuare este la 900 in raport cu conveiorul de alimentare);-existenta unor controlere programabile care permit operatorului uman sa introduca programe specifice pentru fiecare aplicatie in parte;-corelarea/ interconditionarea functionarii RI cu restul subsistemelor din aplicatia robotizata, cotrolerul primind si procesand informatii de la senzori extroreceptivi (plasati in mediul de lucru al RI) pentru: comanda conveioarelor de alimentare cu produse de paletizat, comanda conveioarelor de iesire a paletilor cu stive de produse paletizate, comanda sistemelor de alimentare cu paleti goi, etc;-dispunerea optima a produselor pe paleti ;In acest sens soft-ul Quick Pallet Maker face posibila simularea dispunerii a diferite tipuri de produse in diferite tipuri de cutii ,a cutiilor pe paleti si totodata a paletilor in containere in vederea depozitarii si tranportului acestora.QPM permite utilizatorului sa porneasca simularea in functie de datele pe care acesta le detine(produs sau cutie), putandu-se introduce simultan datele uneia sau mai multor cutii cu diferite caracteristici(dimensiuni,culoare,etc) si totodata dispunerea lor pe paleti si in containere.Unul dintre cele mai mari avantaje pe care le ofera QPM este faptul ca acesta genereaza mai multe optiuni de dispunere a cutiilor pe paleti iar utilizatorul alege varianta pe care acesta o considera optima.

Exemple de aplicatii:1. Aplicatie pentru paletizarea unui singur tip de produs, cu o singura iesirePrimul pas consta in definirea dimensiunilor, culorii, greutatii si modului de dispunere pe palet al cutiei.Totodata, se definesc si dimensiunile paletului.

Al doilea pas consta in generarea unor solutii de dispunere a produselor pe palet, utilizatorul alegand solutia cu cel mai mare procentaj de eficienta al ocuparii ariei paletului si tinand cont si eficienta volumului de produse.

Totodata, soft-ul ofera utilizatorului informatii importante, dupa cum urmeaza:*solutia optima de asezare a fiecarui tip de cutie pe palet;*numarul de cutii asezate pe lungimea paletului(n=3);*numarul de cutii asezate pe latimea paletului(n=4);*numarul de cutii de pe un strat al paletului(n=12);*numarul de cutii dispuse pe palet(n=72);

2. Aplicatie pentru paletizarea a trei tipuri de produse cu o singura iesireDefinirea caracteristicilor(dimensiuni, culoare, greutate, modul de dispunere pe palet) celor 3 cutii precum si dimensiunile paletului.

1.2. Solutii constructive implementate in industrie(exemple de celule de paletizare existente, cu descrierea cat mai detaliata a structurii aplicatiei, parametrii tehnici si modul de functionare pentru fiecare celula in parte).

1.2.1 Aplicatie robotizata pentru paletizarea unui singur tip de produs, cu un singur conveior de aprovizionare si un conveior de iesire a produselor paletizateRobotul paletizeaza cutii, pe care le preia de pe un conveior de intrare a acestora in CFF si le depune ordonat pe paleti aflati pe conveiorul de evacuare din sistem a produselor paletizate.Totodata CFF dispune si de un stocator de paleti, alimentarea cu paleti facandu-se pe sub suportul RI, dispunerea acestora pe conveiorul de evacuare se face cu ajutorul unui sistem de liftare. Robotul este monofunctional, manipuleaza doar cutiile, end-effector-ul acestuia fiind de tip vacuum-style.

1.2.2 Aplicatie robotizata pentru paletizarea unui singur tip de produs, cu un singur conveior de aprovizionare si un conveior de iesire a produselor paletizateRobotul paletizeaza saci cu produse sub forma de pulberi, pe care ii preia de pe un conveior de intrarea a acestora in CFF si ii depunde ordonat pe paleti aflati pe un al doilea conveior de evacuare din sistem a produselor paletizate.Sacii sunt asezati pe palet cu o orientare diferita in asa fel incat sa se tina cont atat de dimensiunea paletului cat si de echilibrarea distributiei fortelor de greutate care actioneaza pe intreaga stiva de saci.CFF dispune si de un sistem de stocare si distributie automata a paletilor.Robotul are un efector monofunctional care manipuleaza doar saci, end-effector-ul fiind de tip fork style.

1.2.3 Aplicatie robotizata cu trei conveioare de aprovizionare si trei conveioare de paletizareAprovizionarea cu produse se realizeaza cu trei tipuri diferite de produse introduse in sistem prin intermediul a trei conveioare, iar paletizarea se face distinct pe categorii de produse, fiecare palet continand stive cu un singur tip de produs.Rolul robotului este cel de a realiza paletizarea selectiva a fiecarui produs pe cate o stiva distincta si respectiv de a manipula separatoarele si paletii. Totodata, pozitionarea si orientarea fiecarui tip de produs este dependenta atat de dimensiunea paletului si a obiectelor cat si de rezultanta fortelor gravitationale al carei punct de aplicare trebuie determinat astfel incat stiva realizata pe palet sa aiba o stabilitate maxima la manipulare. Robotul trebuie sa fie programat astfel incat sa tina cont de fiecare tip de produs manipulat in parte, sa stie in ce stiva trebuie depus si ce pozitie si orientare ocupa produsul respectiv in straturile stivei din care face parte.Robotul are un efector polifunctional ce poate manipula atat cutii cat si separatoare , respectiv paleti. End-effector-ul acestuia este de tip vacuum style.

1.2.4 Aplicatie robotizata pentru paletizarea unui singur tip de produs, cu un singur conveior de aprovizionare si doua conveioare de iesire a produselor paletizateRobotul paletizeaza cutii, pe care le preia de pe un conveior de intrare a acestora in CFF, acestea fiind dispuse in grupuri de cate 10, si depune ordonat intreg grupul de 10 cutii pe paleti aflati pe cele doua conveioare de evacuare din sistem a produselor paletizate.Rolul robotului este acela de a prelua grupul de 10 cutii si a le dispune ordonat pe paleti, respectiv sa preia cele doua tipuri paleti aflate in stocator si sa le pozitioneze pe conveioarele de evacuare.Efectorul robotului are capabilitatea de a manipula grupuri de 10 cutii si doua tipuri de paleti.End-effector-ul robotului este de tip combinat vacuum- fork style.

1.2.5 Aplicatie robotizata pentru paletizarea unui singur tip de produs, cu un singur conveior de aprovizionare si un conveior de iesire a produselor paletizateRobotul paletizeaza grupuri de doua cutii, pe care le preia de pe un conveior de intrare a acestora in CFF si le depune ordonat pe paleti aflati pe conveiorul de evacuare din sistem a produselor paletizate.Totodata robotul are rolul de a prelua paleti dintr-o stiva dispusa pe un conveior.Efectorul robotului este polifunctional, manipuland atat cutii cat si paleti, acesta fiind de tip fork style.

1.2.6 Aplicatie robotizata pentru paletizarea unui singur tip de produs, cu doua conveioare de aprovizionare si patru conveioare de iesire a produselor paletizateRobotul paletizeaza cutii, pe care le preia alternativ de pe cele doua conveioare de intrare si le depune ordonat pe paleti aflati pe cele patru conveioare de evacuare din sistem a produselor paletizate.In structura CFF se remarca prezenta unui sistem de distributie automata a paletilor.Efectorul robotului are capabilitatea de a manipula atat cutii cat si separatoare, end-effector-ul fiind de tip vacuum-style.

1.3. Concluzii (structura tipica-generalizata-pentru o celula de paletizare robotizata, tipuri de roboti utilizati, modul tipic de functionare).

In fig.1 este prezentata o structura tipica generalizata a unei celule de paletizare robotizata.In structura CFF se remarca: un panou de control (PC), un RI de tip brat articulat, un conveior de alimentare (CA), un stocator de separatoare, un distribuitor de paleti (DP), un conveior de evacuare (CE) si un post de preluare a paletilor incarcati cu stive (PP).CFF este de tip 1 intrare si 1 iesire.Modul tipic de functionare a unei celule de paletizare robotizata este urmatorul:Produsul care urmeaza a fi paletizat este preluat de pe conveiorul de alimentare de catre RI si pozitionat pe un palet care a fost distribuit in mod automat de catre dispensorul de paleti. In functie de tipul produsului paletizat , se folosesc si separatoare care sunt preluate de catre RI si pozitionate pe straturi complete de produse.Paletul incarcat cu stiva se deplaseaza pe conveiorul de evacuare pana in postul de preluare , unde cu ajutorul unui motostivuitor este scos din sistem.Cap.2. Analiza comparativa a robotilor industriali similari celui integrat in aplicatie(roboti dedicati operatiilor de paletizare-descrieti robotii utilizand datele din fisele tehnice sau din manualele de produs gasite pe site-urile producatorilor de roboti).Operatiile de paletizare se pot realiza cu roboti cu arhitectura de tip brat articulat au respectiv portal dublu, de uz general cu 5/6 grade de libertate. Pentru cazul RI de tip brat articulat, exista si posibilitatea utilizarii unor RI dedicati(cu o conceptie special adaptata realizarii operatiilor de paletizare).Robotii de tip brat articulat dedicati pentru operatiile de paletizare au 5 grade de libertate, toate de rotatie , dar includ doar 4 axe comandate numeric (existand doar 4 motoare electrice de actionare). Pentru miscarile de orientare sunt disponibile 4-5 grade de libertate parametrizate pitch-roll, dar dintre acestea doar pentru gradul de libertate roll exista un motor propriu de actionare. Specificul constructiv al acestor roboti dedicati consta in existenta unui sistem mecanic de conceptie speciala, care permite obtinerea miscarii de orientare de tip pitch, prin care se asigura mentinerea permanent verticala a axei de rotatie roll indiferent de pozitiile unghiulare ale segmentelor bratului articulat. Realizarea unui astfel de sistem presupune utilizarea a doua subsisteme de tip lant cinematic inchis si o constructie particulara a cuplei care permite realizarea miscarii de orientare de tip pitch.Roboti Industriali dedicati realizarii operatiilor de paletizare:1. ABB IRB 4600IRB 4600are toate caracteristicile comune gamei de robotiABB,cum ar fi cele mai inalte grade de precizie, flexibilitate si control al manipularii produselor.

Desi foarte compactABB IRB 4600are cel mai mare reach vertical din categoria sa de roboti, fiind mic, usor de manevrat si cu prindere de podea. Dimensiunile acestuia sunt un real avantaj deoarece economisesc mult din spatiul de productie si costurile sunt scazute din punct de vedere al functionalitatii. Desi de dimensiuni mici si greutate asemenea,ABB IRB 4600poate atinge viteze mari de functionare si poate fi solicitat cu pana la 60 kg de incarcatura, ceea ce este asemanator sau chiar peste asteptarile in cazul altor roboti mai mari. Oferind un grad mare de flexibilitate,IRB 4600poate fi instalat atat cu prindere de podea, cat si semi-suspendat, inclinat sau suspendat total.

Toate versiunile deIRB 4600respecta standardul IP67 si sunt construite pentru a rezista mediilor de productie dure. Robotul este un echipament agil, cu un consum de energie rational, facand din acesta un echipament mai ecologic.ABB IRB 4600

Versiune robotReachSarcina utilaIncarcatura max.

IRB 4600-60/2.052,05 m60 kg20 kg

IRB 4600-45/2.052,05 m45 kg20 kg

IRB 4600-40/2.552,55 m40 kg20 kg

IRB 4600-20/2.502,51 m

20 kg11 kg

2.KAWASAKI MD500N

Tipul de BratArticulat

Grade de Libertate5

Rotatia Axelor siViteza MaximaAxeCursaViteza Maxima

Rotatia bratului (JT1)+/- 1800800/s

Inclinarea bratului (JT2)+ 900~ - 450700/s

Inclinarea bratului (JT3)+ 140~ - 1250700/s

Pivotarea bratului (JT4)+/- 36001800/s

Inclinarea bratului (JT5)+/- 100------

Capacitatea de paletizare600 cicluri/ora cu incarcare 500kg; miscare verticala 400mm; miscare orizontala 2000mm

Spatiul de lucrulatime 1300mmlungime 1300mminaltime 2710.4mm

Precizia de Pozitionare+/- 0.5 mm

Incarcarea500 kg

Momentul de inertie200 kg*m2

MotoareAC Brushless

Greutate2650 kg (fara optiuni)

CuloareKawasaki Standard

InstalareSuprafata orizontala

Temperatura Ambianta siUmiditatea Relativa0~450C pentru brat35~85% fara condens

Lungimea Cablului10 m

Grad de Protectie IPIP65/IP67

Circuitele de Comanda Interne7 circuite, 24Vcc, pentru efector4 Circuite pentru senzori, 24Vcc, GND

Circuit Pneumatic2 circuite interne D12 (aer+vacuum)

OPTIUNICabluri de forta si semnal pana la 40m

Circuit pneumatic suplimentar

Gripper vacuumatic de cutii sau pungi

Suport pentru efector

3.SMART5 PALSmart5 PALeste robotul inovativ proiectat pentru operaiiuni de paletizare. Dou modele, de la 180 la 260 kg sarcin util i posibilitatea de a ajunge la 3.1 m nlime, tehnologie hollow wrist i opiuni mecanice pe care le au produsele din gama familiei produsului. Noul robot inovativ corespunde cerinelor clienilor i cerinelor de calitate nalt pentru sectorul industrial general, n principal pentru ncrcare/descrcare, ridicarea multiplelor produse, paletizare i operaiuni de mare vitez.

Caracteristici tehniceSarcin util de pn la 260 kgRaza max. de aciune pe orizontal de 3,100 mmRepetabilitate: 0.25 mmErgonomie, design de prim clas cu tija din fibra de carbon

ModelPAL 180-3.1PAL 260-3.1

Numr axe44

ncrctur pe bra (kg)180260

Repetabilitate ISO 9283 (mm)0.250.25

Raza max. de aciune pe orizontala (m)3.103.10

Poziie instalarePodeaPodea

Cap.3. Prezentarea aplicatiei realizate(imagine de ansamblu a celulei-vedere de tip perspectiva dintr-un unghi care sa arate cat mai bine structura acesteia- cu explicarea moduluide functionare; vedere de sus a celulei cu identificarea prin numerotare a componentelor majore, ale caror denumiri vor fi introduse intr-un tabel ce va urma acestei imagini, alaturi de numarul alocat fiecarui element; vederi laterale ale celulei; prezentarea imaginii fiecarui component major al celulei cu descrierea rolului functional al acestuia in cadrul aplicatiei; separat, prezentarea robotului similar cu prezentarile robotilor discutati la capitolul 2 si explicarea rolului functional al acestuia in cadrul celulei).

Trei tipuri diferite de produse sunt introduse in sistem prin intermediul a trei conveioare de alimentare, iar paletizarea se face distinct pe categorii de produse, fiecare palet continand stive cu un singur tip de produs.Distribuirea paletilor pe cele 3 conveioare unde sunt paletizate cele 3 tipuri de produse se realizeaza cu ajutorul unui dispensor de paleti si a unor sisteme de liftare aflate la capatul fiecarui conveior. Rolul robotului este cel de a realiza paletizarea selectiva a fiecarui produs pe cate o stiva distincta si respectiv de a manipula separatoarele. Totodata, pozitionarea si orientarea fiecarui tip de produs este dependenta atat de dimensiunea paletului si a obiectelor cat si de rezultanta fortelor gravitationale al carei punct de aplicare trebuie determinat astfel incat stiva realizata pe palet sa aiba o stabilitate maxima la manipulare. Robotul trebuie sa fie programat astfel incat sa tina cont de fiecare tip de produs manipulat in parte, sa stie in ce stiva trebuie depus si ce pozitie si orientare ocupa produsul respectiv in straturile stivei din care face parte.Dupa ce robotul a incheiat operatia de paletizare, paletii cu stivele de produse paletizate sunt evacuati din sistem prin intermediul conveiorului care asigura si alimentarea cu paleti.

A

BCDD56784321

Nr. aferent desenuluiNumele componentei

1Compresor

2Panou control

3Stocator separatoare

4Robot

5Conveioare alimentare cu produse

6Conveioare alimentare cu paleti/evacuare paleti cu stive de produse paletizate

7Conveior alimentare cu paleti/evacuare paleti cu stive de produse paletizate

8Dispensor paleti

Vedere din A

Vedere din D

Vedere din C

Vedere din B1.Compresor- are rolul de a asigura alimentarea cu aer comprimat a efectorului robotului.

2.Panou control- permite introducerea programelor specifice pentru aplicatia de paletizare, totodata asigura corelarea/interconditionarea functionarii RI cu restul subsistemelor din celula.

3.Stocator separatoare- are rolul de a asigura stocarea separatoarelor, care ulterior sunt manipulate de efectorul robotului in realizarea operatiei de paletizare.

4.Robot ABB IRB660- rolul acestuia este cel de a realiza paletizarea selectiva a fiecarui produs(3 tipuri de produse) pe cate o stiva distincta si respectiv de a manipula separatoarele. Acesta este dotat cu un efector tip vacuum-style pentru realizarea acestor operatii, astfel incat manipularea sa fie posibila atat pentru obiecte cat si pentru separator.Robotul trebuie sa fie programat astfel incat sa tina cont de fiecare tip de produs manipulat in parte, sa stie in ce stiva trebuie depus si ce pozitie si orientare ocupa produsul respectiv in straturile stivei din care face parte. Parametrii tehnici ai robotului IRB 660Specificatii

VersiunerobotSarcina manipulataDistanta maxima atinsa

660-180/3.15180 kg3.15 m

660-250/3.15250 kg3.15 m

Numar de axe4 axe

Clasa de protectie IP 67

Mod de montarePe podea

ControllerIRC 5 single cabinet, dual cabinet

Performante

Repetabilitate pozitie0.1mm

Repetabilitate ruta0.3mm

Gama de miscareAxa 1 rotatie+180 pana la -180 optional +220 pana la -220

Axa 2 brat+85 pana la -42

Axa 3 brat+120 pana la -20

Axa 4 rotatie+300 pana la -300+150 rev. -150 rev. max

Viteza maxima

Axe 660-180/3.15660-250/3.15

1130/s95/s

2130/s95/s

3130/s95/s

4300/s240/s

Conexiune electrica

Tensiune de alimentare200-600 V, 50/60 Hz

ConsumISO-Cube 2.7kWMiscari normale 3.2kW

Proprietatii fizice

Baza robot1136x850 mm

1650 kg

Mediu de lucruTemperature ambientala : +5C (41F) to +50C (122F) in timpul functionarii-25C (-13F) to 55C (131F) in timpul transportului si depozitariiUmiditate: max 95% RH sau mai putin ( in decurs de o luna)Vibratii: 0.5G sau mai putin

EmisiiEMC / EMI-ecranat

Gama de lucru a robotului IRB 660 de la ABB este prezentata in figura urmatoare:

Spatiu de lucru pentru robotul IRB 660 de la ABB:

5. Conveioare alimentare cu produse- au rolul de a asigura transportul produselor care urmeaza a fi paletizate. 6. Conveioare alimentare cu paleti/evacuare paleti cu stive de produse paletizate- au rolul de a asigura transportul paletilor goi, sustinerea paletilor in timpul operatiei de paletizare si evacuarea acestora din sistem.

7. Conveior alimentare cu paleti/evacuare paleti cu stive de produse paletizate-are rolul de a asigura transportul paletilor goi si de a evacua din sistem paletii cu stive de produse paletizate.

8. Dispensor paleti- are rolul de stocare a paletilor si distribuire a acestora in vederea realizarii operatiei de paletizare.