MANIPULATOARE ŞI ROBOŢI ÎN SISTEMELE DE MONTAJ

6.1. Introducere.Manipulatoarele şi roboţii industriali reprezintă o direcţie aparte în

concepţia modernă a dispozitivelor de manipulare, pe linia realizării unor mecanisme capabile să realizeze o serie de mişcări variate, sub conducerera unui sistem de comandă. Manipulatoarele şi roboţii industriali reprezintă module ale sistemelor de manipulare flexibile adaptabile cu uşurinţă de la o sarcină de amnipulare la alta. Aceste sisteme reprezintă elemente constructive de bază ale sistemelor flexibile de montaj, datorită în principal flexibilităţii funcţionale a lor, a calităţii pe care o au de a efectua o mare varietate de mişcări printr-o reprogramare corespunzătore.

În aceste condiţii se pot evidenţia câteva avntaje privind folosirea manipulatoarelor şi roboţilor industriali în sistemele de fabricaţie şi în speţă în sistemele de montaj, în comparaţie cu dispozitivelespecializate de manipulare :

-disponibilitate promtă, respectiv timp scurt de realizare a sistemelor de manipulare, utilizând manipulatoare şi roboţi din stoc disponibili, reutilizabili;

-reducerea duratei de reglaj şi punere în funcţiune a unor sisteme noi de manipulare, ca urmare a condiţiilor uşoare de readaptare la situaţiile nou create;

-siguranţă în funcţionarea sistemelor de manipulare datorită posibilităţilor de realizare modulator a roboţilor industriali şi de realizare a acestora în cadrul unei fabricţii de serie, din elemente tipizate au mare fiabilitate.

-posibilităţi de reprogramare rapidă a ciclului de manipulare.În generarea unui sistem nou de manipulare cu roboţi sau

manipulatoare reprezintă o investiţie iniţială mai scumpă decât a unei automatizări specializate rigide, însă datorită avantajelor precizate anterior, în timp şi în special în situţia schimbării frecvente a producţiei ele devin mult mai eficiente economic.

Denumirea de „robot” este atribuită multor tipuri de echipamente, care pot fi încadrate în „familia robot”, dintre acestea evidenţiindu-se manipulatoarele şi roboţii industriali, specifici în operaţiile de manipulare în sistemele de montaj. Se poate da o definiţie care reflectă această noţiune, astfel: „Robotul industrial este un dispozitiv cu un număr mare de grade de

1

mobilitate, capabil să execute automat sccesiv varii operaşii de manipulare, fiind uşor programabil”.

În paralel cu robotul, manipulatorul are un grad mai redus de mobilitate executând mai puţine operaţii de manipulare şi este greu de reprogramat (funcţionează doar în programe fixe).

Din definiţia robotului rezultă şi flexibilitatea acestuia :-programabilitate-grad de libertate ridicat, eventual modificabile prin construcţie

modulară.Flebilitatea roboţilor industriali imprimă flexibilitate şi sistemelor de

fabricaţie pe care le deservesc. Se poate o clasificare funcţională a roboţilor industriali, ţinând cont de treptele de automatizare, prezentată în tabelul 6.1.

Tab.6.1. Clasificarea roboţilor industriali în funcţie de gradul de automatizare

Caracteristica Nivel I Nivel II Nivel IIIEfectuarea mişcărilor

Pas cu pas Pas cu pas sau conturare

Pas cu pas şi conturare

Controlul poziţiilor

Limitatoare de poziţie

Poziţionare numerică sau analogică

Complex

Capacitatea memoriei

Un singur program: zeci de paşi

Mai multe programe: mii de paşi

Nelimitată

Modul de programare

Reglarea limitatoarelor: matrice de

Play-back:bandă sau disc magnetic

Cu calculatorul

Legătura cu exteriorul

Interblocări şi sincronizări între robot şi poziţia unor piese, scule, dispozitive

Idem nivel I; în plus senzori tactili şi vizuali elementari (tot-nimic),(calcule fotoelectrice, etc)

Senzori tactili şi vizuali complexi

Capacitatea de difuzie

Avansează numai dacă îndeplinesc condiţiile de interblocare şi sincronizare programate

Idem nivel I; în plus: capabil să ocolească obstacole, să aleagă obiecte (după contur, masă, rugozitate,

Caută obiecte împrăştiate. Alege obiecte după caracteristici. Aşează obiecte în poziţie

2

etc) prin traductori şi dispozitive de prehensiune

corectă. Alege ordinea operaţiilor pe baza desenului de montaj. Alege traiectoriile optime.

Manipulatoarele programabile, reprezentând cei mai simpli roboţi, se

încadrează în nivelul I, care permit programarea unor secvenţe relativ scurte (20-30 paşi). Controlul deplasărilor şi înlănţuirea secvenţelor se face prin limitatoare de poziţie (cursă), sesizoare de proximitate sau relee de timp .

Memoria propie a acestora nu permite decât investigarea unui singur program, astfel încât la fiecare schimbare de sarcină de producţie trebuie efectuată din nou programarea.

Roboţii de nivel II, permit efectuarea unor programe mai complexe, mergând până la sute de paşi, precum şi investigarea mai multor programe. Controlul mişcării se face prin traductoarede maşină numerice sau analogice.

Roboţii de nivel III, pot efectua programe care implică procese logice complexe cum ar fi: recunoaşterea formelor, orientarea corectă a pieselor, urmărirea pieselor în mişcare, etc.

În prezent se execută studii şi cercetări pentru implementarea inteligenţei artificiale în vederea realizării de roboţi de nivel superior.

Într-un sistem de montaj, funcţiile unui robot sau manipulator pot fi: de manipulare a obiectelor, ămbinarea obiectelor pentru asamblare, controlul montajului, evacuarea produselor asamblate, etc.

Utilizarea manipulatoarelor şi roboţilor industriali într-un sistem de montaj se prezintă în figura 6.1.

3

Fig.6.1. Structura unui sistem de montaj cu robot sau manipulator.

R(M) – robot sau manipulator;A – sistem de alimentare cu piese;S – magazie de scule;T – sistem de transfer;1...4 – traseele mişcărilor realizate de R sau M (în plan).Un sistem de transfer T, aduce subansamblul în postul de lucru Pi

(subansamblul de piese a fost realizat până la postul Pi-1. Postul de lucru (Pi)poate fi constituit dintr-o paletă (poziţionată riguros) sau dintr-un dispozitiv de orientare care asigură orientarea corectă a subansamblului în vederea asamblării postului. Deoarece operaţiile de montaj cu manipulator sau robot , ca de altfel orice operaţie de montaj automat, nu poate face decât un subansamlu staţionar, impune ca sistemul de transfer să fie de tip discontinuu, cu oprire şi poziţionare corectă în post, fie prin intermediul paletei care intocmeşte subansamblul pe tot parcursul sistemului de montaj, fie prin aşezarea succesivă a subansamblului realizat în dispozitivele din fiecare post de montaj.

Robotul manipulează piesele şi realizează îmbinarea lor la un anumit post. În acest scop, în jurul postului de lucru (spaţiul de lucru al robotului) sunt amplasate dispozitive de alimentare cu piese A.

4

În caz general, conform celor prezentate anterior un astfel de alimentator este compus dintr-o succesiune de dispozitive cu diverse funcţii:

- depozitare (depozite, magazine, acumulatoare);- captare-extragere;- transfer;- orientare;- livrare bucată cu bucată, etc.Numărul de sisteme de alimentare cu piese dispuse la un anumit post

de lucru depinde de programul de operaţii atribuit postului de montaj.Dacă se utilizează alimentarea din magazii multiple aşezate pe mese

rotative indexabile, sau benzi flexibile pe care sunt prinse piesele se ajunge la posibilitatea de a alimenta un post de lucru cu zeci de piese diferite în vederea montajului. Dacă piesele în vederea montajului sunt mult diferite ca formă, dimensiuni şi posibilităţi de prindere, robotul sau manipulatorul trebuie să fie prevăzut cu dispozitiv de prehensiune multiplu (revolver sau alte structuri).

Efectuarea operaţiilor de montaj propiuzis, cum ar fi nituire, inşurubare, presare, sudare, lipire, etc se realizează de obicei de către dispozitive şi maşini specifice dispuse în jurul postului de lucru P.

Roboţii sau manipulatoarele pot prelua efectuarea directă a unor operaţii, în general operaţii care nu solicită excesiv structura mecenică a robotului. În aceste cazuri robotul trebuie să prindă succesiv diferite unelte de lucru (claşti de sudură, dispozitiv de nituie, maşini de înşurubat, etc.). Penrtu aceasta trebuie să se dispună de magazin de scule S, amplasat în zona de accesibilitate a robotului sau manipulatorului. În unele cazuri concrete un post de lucru poate fi deservit de doi sau mai mulţi roboţi sau manipulatoare ale căror mişcări sunt sincronizate prin program.

Robotul industrial poate prelua şi alte funcţii decât cele manţionate, cum ar fi funcţia de transfer, fucţia de orientare, funcţia de captare-extragere, etc.

În alegerea unui sistem de montaj convenţional sau sistem robotizat, există o serie de condiţii care acţionează în favoarea utilizării roboţilor, conform tabelului 6.2.

Primele două condiţii sunt determinante pentru realizarea unor termene scurte de proiectare-excuţie-testare-dare în funcţiune a sistemului, deoarece având la dispoziţie roboţi de montaj cu performanţe verificate, durata ciclului se reduce la minim.

5

Nr.ctr.

Condiţia Parametri şi cerinţe de luat în considerare

1 Disponibilitatea unor roboţi de montaj.

Gabaritul şi masa pieselor de asamblat (montat).

2 Termen de punere în funcţiune.

Complexitatea echipamentelor speciale necesare.Capacitatea de proiectare şi execuţie a acestora.

3 Dificultăţi de apucare (prindere) şi manipulare.

Fragilitatea unor piese sau ansamble. Necesitatea controlării forţelor de apucare (prindere) a pieselor.Trasee de manipulare, cu rotiri,ocoliri,etc.

4 Este necesar controlul în procesul de montaj al mai multor parametri.

Natura şi numărul senzorilor necesari pentru control.

5 Procesul de montaj prezintă o complexitate ridicată

-Numărul posturilor de lucru;-Numărul de paşi ai programului;Treceri de la un program la altul;Conexiunea cu sistemele informaţionale exterioare;Diagnosticarea rapidă a defectelor.

6 Flexibilitatea Diversitatea tipurilor de produse;Diversitatea proceselor de montaj.

Tab.6.2. Condiţii care determină utilizarea roboţilor în sistemele de montaj.

Este de preferat obţiunea sistemelor convenţionale dacă nu este îndeplinită prima condiţie din tabel, sau dacă utilizarea roboţilor ar determina complicarea excesivă a echpamentelor specifice, în special a dispozitivelor de magazinare, orientare şi alimentare.

Roboţii sunt preferaţi în cazul pieselor şi ansamblelor deformabile, casante, precum şi acolo unde traseele de manipulare sunt sinuoase şi implică schimbări frecvente de poziţii ale ansamblului.

Pentru condiţiile 4 şi 5, introducând robotul, echipamentul de comandă tipizat al acestuia va putea îndeplinii de obicei şi funcţiunile de comandă pentru ansamblul sistemului de montaj nemaifiind nevoie de echipament specific.

Condiţia de flexibilitate este net în favoarea roboţilor sub aspectul posibilităţilor lui de de adaptare la o diversitate mare de tipuri de ansamble şi procese de montaj.

6

6.2. Alegerea variantei pentru sistemele de montaj cu roboţi şi manipulatoare.

Procesul de proiectare a unui sistem de montaj se prezintă în schema din figura 6.2.

Tema de poriectare cuprinde descrierea produselor de realizat (ansamble, subansamble), sub forma desenelor de execuţie şi a condiţiilor tehnice de calitate, datele procesului de producţie (producţia, mînuirea loturilor, cadenţa), precum şi constrângerile impuse ,cum ar fi costul montajului sau productivitatea muncii, volumul maxim de cheltuieli pentru echipamentul tehnologic nou şi termenul de punere în funcţiune.

Se elaborează „schema de montaj” pe baza documentaţiei de execuţie, care cuprinde succesiunea operaţiilor de montaj se prezintă utilizând simboluri. În general un ansamblu admite mai multe scheme de montaj. Schema de montaj trebuie să facă obiectul optimizării prin compararea diferitelor variante de montaj.

7

Fig.6.2. Etapele procesului de proiectare a unui sistem de montaj cu roboţi.

8

Divizarea procesului de montaj, reprezintă faza de repartizare a sarcinilor pe postul de montaj. Practic unele sisteme avansate de montaj nu sunt bine utilizate, astfel încât în perioadele de vârf (cerere mare) „nu fac faţă”, iar în restul perioadelor „au o capacitate de producţie prea mare”, nefolosită.

Potenţialul de lucru (de producţie) al unui sistem de montaj, exprimat în timp de lucru pe o anumită perioadă rezultă din înlănţuirea duratei de execuţie a montajului unui produs cu numărul de produse care trebuie montate într-o peerioadă dată.

T=TixN

Ti – durata de montaj a unui produs [h]N – numărul de produse [buc/perioadă]T- durata fazelor de montaj – potenţialul de lucru.

Potenţialul de lucru se prezintă în fig. 6.3.

Fig.6.3. potenţialul unui sistem de montaj .a.- într-un post; b,c – divizat pe posturi.

De regulă potenţialul depăşeşte posibilităţile unui singur post de montaj, încât se face o diviziune a acestuia (fig.6.3. a.b).

Fig.6.3.b. reprezintă o diviziune a operaţiilor de montaj, iar fig.6.3.c. o diviziune a cantităţii de montaj pe mai multe posturi identice.

Divizarea posturilor se poate face în serie sau în paralel. Sistemele de montaj constituite din module tipizate care se pot recombina, reaşeza, la schimbările de temă, divizarea optimă a produselor de montaj se realizează în general prin descompunerea în operaţii relativ simple, aranjate în serie .

9

În cazul sistemelor cu roboţi se tinde dimpotrivă spre o concentrare a operaţiilor, astef încât posibilităţile funcţionale ale robotului să fie cât mai mult utilizate (integral), cu viteze cât mai mari de lucru şi cu staţionări cât mai reduse. Eficienţa maximă a sistemelor de montaj cu roboţi se obţine prin diminuarea la minim a numărului posturilor dotate cu roboţi şi prin cuplarea acestora cu posturi automate echipate convenţional, cu module tipizate pentru operaţii simple, precum şi cu posturi deservite manual în anumite cazuri.

Elaborarea structurii sistemului de montaj se concretizează într-un plan de situaţie, denumit „Lay-out” (plan de amplasament).

Se utilizează mai multe variante preliminare spre analiză şi alegerea finală. În vederea facilitării acestei alegeri se recomandă utilizarea unor „cataloage de sisteme de montaj” (realizat de proiectant pe baza lucrurilor anterioare sau a altor proiectanţi, precum şi din literatura de specialitate, sau alte baze de date).

În figura 6.4.se prezintă câteva soluţii mai frecvente de constituire a sistemelor de montaj cu roboţi şi manipulatoare. În schemă s-au reprezentat componentele principale: posturile de lucru, sistemul de transfer, roboţii industriali şi sistemele de alimentare cu piese.

Fig.6.4. scheme caracteristice de montaj cu roboţi şi manipulatoare.a.-sistem staţionar; b.-transfer circular; c.-transfer liniar; d.-în

dreptunghi; e.-cu masa în coordonate; f.-transfer cu robocar; g.- transfer cu roboţi.

Fiecare schemă de montaj poate fi echipată cu o mare varietate de roboţi. Alegerea schemei de bază privind montajul se face în funcţie de caracteristicile produselor de asamblare. În tabelul 6.3 se evaluează pertinenţa diferitelor soluţii ţinând cont de patru criterii.

10

Tab. 6.3. Evaluarea chemelor de bază din fig 6.4

Pornind de la lay-out-ul preliminar se trece la determinarea echipării posturilor de lucru şi a celorlalte subsisteme cum ar fi transfer,control, comandă, funcţionare. Se vor stabili componentele modulare tipizate, pe urmă cele care trebuiesc proiectate specific aplicaţiei date. Pentru aceasta se recurge la cataloage de produse, cataloage de soluţii (baze de date) ale diferitelor firme de specialitate.

În continuare se va trasa ciclograma sistemului de montaj care descrie desfăşurarea în timp a funcţionării sistemului de montaj. Din ciclogramă rezultă durata ciclului de montaj şi modul de punere în paralel cu circuitul principal a unor operaţii de montaj.

Analiza ciclogramei reprezintă şi un mijloc important de optimizare a procesului de montaj.

O problemă importantă care trebuie luată în considerare în această fază este analiza condiţiilor de apucare (prindere) care trebuie satisfăcute de roboţi. Pentru aceasta roboţii sunt prevăzuţi cu dispozitive de prehensiune (gripere), care trebuie să realizeze funcţia de adaptare a acestora pentru piesele de manipulat în sistem. În continuarea procesului de proiectare se face o evaluare a costurilor şi a termenelor de proiectare- execuţie – punere în exploatare a sistemului de montaj. Aceste evaluări se vor compara cu condiţiile impuse prin temă.

Dacă rezultatele sunt corespunzătoare, se trece la proiectarea de execuţie şi lansarea comenzilor pentru echipamentele necesare.

Proiectarea sistemelor de montaj cu roboţi se poate face şi pe baza unui sistem de tip EXPERT de proiectare asistată de calculator – CAD -.

Pentru exemplificarea unor etape prezentate anterior în proiecterea sistemului de montaj se va analiza procesul de montaj al unui echipament –motor electric- prezentat în fig.6.5.

11

Fig.6.5. Schema porcesului de montaj a unui motor electric.

În figură se prezintă schema(desenul de ansamblu) a motorului cu elementele componente. Se vor întocmi mai multe variante de montaj.

Pe baza documentaţiei de execuţie a motorului (ansamblului, subansamblului) se elaborează schema de montaj, care cuprinde succesiunea operaţiilor de asamblare. Schema se reprezintă prin simboluri.

Pentru exemplul dat s-a ales asamblarea pe verticală a rotorului cu statorul, montarea succesivă a scuturilor de sus în jos, rulmenţii se presează simultan pe rotor în poziţie orizontală.

Se poatze adopta şi alte variante, de exemplu montarea simultană a celor două scuturi etc.

Ţinând cont de tabelul 6.3, întrucât motorul electric (ansamblul dat) se situează în clasa de gabarit 4 şi calsa de muncă 1...10 kg, având 11 repere şi neutilizând 3 posruri de lucru, soluţia corespunzătoare în funcţie de cele patru criterii este schema de montaj cu roboţi g), din fig.6.4., cu aşezarea posturilor în linie, transferul pieselor şi subansamblelor fiind efectuat cu roboţi industriali, conform tabel 6.4.

criteriul Varianta de schemă de montaja b c d e f g

1 • • • •2 • • • • •3 • • • • •4 • • • • •

Tabel 6.4. Alegerea schemei optime de montaj.

Pe această bază se structurează lay-out-tul prezentat în fig.6.6. Montajul elementelor se va desfăşura pe şase posturi de lucru. În tabelul 6.5 se prezintă o repartizare a reperelor care se asamblează la fiecare post şi principalele utilaje şi echipamente cu care acestea sunt echipate.

12

Fig.6.6 Lay-out-ul sistemului de montaj motor electric.

Posturi de lucru

Repere care se asamblează

Echipamente principale

P1 1 şi 2 Magazin de rotoare (A1)Magazin de rulmenţi(A2)

P2 3,4 şi 5 Sistem de alimentare cu scuturi şi capace (A3,A4 magazine)

Automat de înşurubare (U1)P3 6 Magazin pentru statoare (A5)P4 7 Automat de înşurubare (U2)P5 8 şi 9 Magazine pentru scuturi şi capace (A6, A7)P6 10 şi 11 Automat de înşurubare

Tab.6.5. Posturile de lucru şi echiparea lor.Sistemul de montaj va fi echipat cu unul sau mai mulţi roboţi, de preferat în acest exemplu roboţi de tip portal, care se vor deplasa dealungul liniei (sistemului) de montaj, având cinematica de bază (TTT) sau(TTR) a mecanismului generator de traiectorie, iar mecanismul de orientare de tip (RR), pentru a putea rotii dispozitivul de prehensiune în două planuri. Roboţii efectuiază operaţiila de manipulare a pieselor şi subansamblelor între operaţii, precum şi de aşezare şi îmbinare a pieselor. Operaţiile de alimentare cu piese şi orientarea lor, înşurubarea, aşezarea capacelor pe scuturi sunt efectuate de dispozitive specializate.În fig.6.7.se prezintă ciclograma sistemului de montaj.

Fig.6.7.Ciclograma sistemului de montaj.

13

7. ROBOŢI ŞI MANIPULATOARE DE MONTAJ

7.1. Criterii de sinteză.Robotul industrial apărând la o anumită etapă arevoluţiei industriale,

cu un dispozitiv multifuncţional, caracterizat printr-un grad de flexibilitate ridicat a parcurs până în prezent mai multe generaţii. Roboţii din prima generaţie au avut ca destinaţie înlocuirea operatorului uman în procese tehnologice care necesită eforturi fizice mari, cu condiţii de muncăgrele. Flexibilitatea este obţinută datorită structurii de lanţ deschis,combinată cu posibilităţi reduse de programare.

La a doua generaţie de roboţi, nivelul de flexibilitate este mai ridicat prin dezvoltarea vizual şi tactile. A treia generaţie introduce caracteristica adoptivă prin dezvoltarea capacităţii de inteligenţă artificială. Paralel cu dezvoltarea acestor trăsături comune se observă şi o tendinţă de specializare a roboţilor pe tipuri, legată de optimizarea aplicaţiilor funcţie de tendinţele de proces, cum ar fi : roboţi pentru vopsire, roboţi pentru sudare în puncte, de sudare continuă, roboţi pentru trasare sub presiune, roboţi pentru manipulare.

Şi în domeniul montajului automatizat ce înregistrează un proces evolutiv specific al roboţilor.

Au fost concepute structuri universale destinate montajului, în ipoteza că o structură cât mai apropiată de modelul antropomorfic, braţul uman, răspunde cel mai bine scopului propus.

Au apărut roboţi de montaj cu structuri mecanice utilizând cuple cinematice conducătoare de rotaţie, având gabarite şi greutăţi apropiate de braţul omenesc. Aceste sructuri îndeplinesc condiţiile unui spaţiu de lucru maxim la dimensiuni şi greutăţi ale braţelor date şi a unei accesibilităţi ridicate şi a unor greutăţi şi gabarite mici.

Aplicaţiile industriale ale asamblării robotizate au scos în evidenţă că structurile clasice de tip 6R (şase cuple de rotaţie) cu lanţ deschis au patru neajunsuri majore în asamblare: complexitatea structurii mecanice şi a algoritmelor de construcţie conduce la precizi scăzute; mase mari în mişcare (dinamică redusă); spaţiul de lucru mare, dar în direcţie verticală ceeace nu favorizează asamblarea de obiecte mici; mişcarea de bază de rotaţie conduce la un amplasament al aplicaţiei dezavantajos şi măreşte timpul total de realizare a ciclului.

Studiul făcut pe un număr mare de subansamble confirmă faptul că numărul maxim de deplasări în procesele tipice de montaj se efectuază în sistem de coordonte carteziene şi cilindrice.

14

Ţinând cont de acestea rezultă ca o condiţie de intregrare realizarea unor sructuri de manipulatoare cu arhitectură carteziană şi cilindrică cu un număr de patru grade de libertate.

Dezvolterea tehnicilor de proiectare asistată de calcilator (CAD), cu inteligenţă artificialăşi poziţionări holografice spaţiale, conjugată cu perfecţionarea utilajelor de prelucrare, constitue în contaxul integrării cu montajul robotizatun imperativ de dezvoltare continuă a structurilor de manipule şi montaj cu modificări esenţiale de arhitectură. Cei mai semnificativi roboţi care se intregrează în cerinţele precizate mai sus sunt roboţii de tip: PUMA, PRAGMA, SIGMA, OLIVETTI, SCARA, etc.

În figura 7.1. se prezintă schemele cinematice şi spaţiile de lucru pentru aceste tipuri de roboţi.

Fig.7.1. Scheme cinematice ale lanţului de bază pentru roboţii de montaj: a)PUMA, b)PRAGMA, c)SIGMA, d) SCAARA.

Un set important de criterii de sinteză pentru roboţii de montaj este furnizat de procesele tehnologice ale asamblării. Procesul tehnologic de asamblare cuprinde procesul de cuplare a componentelor. În mod uzual procesul de cuplare cuprinde etape de inserţie, în care se realizează similar cu introducerea unui bolţ într-un alezaj. În afara procesului de cuplare, procesul de asamblare cuprinde şi procese corelate, manipularea materialului, orientarea şi recunoaşterea reperelor în vederea alimentării, controlul asamblării, poziţionarea în mişcare a materialului, etc. Deseori aceste procese sunt mai critice decât procesul efectiv de cuplare, conducând de foarte multe ori la constrângeri economice şi tehnice care fac neficient introducera roboţilor în motaj.

7.2. Caracteristici geometrice.Caracteristicile geometrice ale roboţilor se referă la mărimea spaţiului

de lucru şi la accesibilitate.Optimizarea structurii mecanice a roboţilor, în condiţiile unei sarcini

utile şi a unor dimensiuni ale elementelor prescrise impune obţinerea unui spaţiu de lucru cât mai mare. Problema maximizării spaţiului de lucru are un

15

caracter specific pentru roboţii de montaj, în vederea obţinerii unui spaţiu de lucru compact, apropiat de forma paralelipipedică.

Deoarece roboţii de montaj cooperează cu un număr mare de dispozitive auxiliare cu poziţie fixă în spaţiul de lucru, arhitecturile specifice de montaj au spaţiul de lucru în afara zonei de mişcare a elementelor robotului. Acest lucru se observă în figura 7.1. Accesibilitatea este legată de capacitatea robotului de a lucra în interiorul unor suprafeţe închise, sau într-o ambianţă cu un relief foarte variat. În aceste situaţii este necesar să se programeze nunumai poziţia şi orientarea (situarea) efectorului final, ci şi verificarea detaliată în fiecare punct al traiectoriei în vaderea evitării coliziunilor dintre elementele mobile ale robotului şi corpurile din mediul ambiant. Numărul de puncte de poziţionare în spaţiul de lucru condiţionează de multe ori soluţia constructivă de principiu.

În acest sens, un domeniu larg de aplicaţii în operaţiile de montaj cu grad necesar de flexibilitate redus îl au manipulatoarele de montaj cu acţionare pneumatică, sau elecrică, un număr redus de puncte de poziţionare pe fiecare axă (maxim 5-6) cu control secvenţial, având viteze maxime până la 2m/s şi precizii de poziţionare ±0,01 mm în puncetele caracteristice. În figura 7.2. se prezintă structura unui manipulator pneumatic.

Fig.7.2. Manipulator pneumatic FESTO.

7.3.Caracteristici de mişcare.

în operaţiile de montaj relaţia productivitate-timp de ciclu conduce la utiizarea unor viteze şi acceleraţii mari de lucru, ceea ce limitează vitezele şi acceleraţiile inferioare , tradusă prin viteze medii de manipulatoare a reperelor între 0,4m/s şi 1,5m/s.

În aplicaţiile de montaj se pot utiliza şi roboţi mai puţin precişi, prin folosirea unor dispozitive auxiliare de ghidare şi realizări de mişcări oscilatorii de căutare.

Aceste dispozitive scade flexibilitatea sistemului iar procesul de căutare creşte timpul ciclului.

În mod curent precizia roboţilor de montaj utilizaţi în prezent variază între ±0,025mm ÷ ±0,1mm.

16

7.4. Caracteristici dinamice.

În primele aplicaţii robotizate cum ar fi procesele de manipulare de tip apucă- aşează, procesele de sudare, de vopsire, fucţionalitatea acestor procese nu este legată de controlul forţelor de interacţiune între corpul condus şi obiectele exterioare.

În cazul procesului de cuplare, atât în etapa de aşezare cât şi în etapa de inserţie se presupune obţinerea unui nivel admisibil al forţelor de interacţiune în vedrea evitării deteriorării elementelor din lanţurile de acţionare ale robotului şi gripării pieselor asamblate cu respectarea condiţionărilor impuse.

O variantă teoretică de obţinere a unor forţe de interacţiune în domeniul admisibil, fără un control de forţe este realizarea unor structuri cu precizii ridicate ceea ce ar conduce la structuri rigide , echipamente de comandă complexe, cost ridicat.

O altă variantă este introducerea unor sisteme de control al forţelor, cu ajutorul unor senzori, sau a unor dispozitive mecanice pasive.

În general forţele de interacţiune nedorite în montaj apar ca efect al erorilor de poziţie sau orientare şi mai puţin de viteză. Aceste forţe pot să apară şi în cazul unor erori de formă ale reperelor asamblate.

Capacitatea de deformaţie elastică a sistemului mecanic, sub efectul forţelor de interacţiune este denumită „complianţă”.

Apare astfel ca necesară punerea în concordanţă a complianţei structurii mecanice cu precizia robotului astfel încât forţele de interacţiune din procesul de cuplare să rămână într-un domeniu admisibil. Complianţa poate fi pasivă sau activă.

În cazul complianţei pasive se realizează proiectarea unor configuraţii elastice ale efectorului final, sau a elementelor sistemului mecanic al dispozitivului de ghidare astfel încât să se obţină caracteristici elastice adecvate ale acestora.

În cazul complianţei active se face o proiectare a unor configuraţii elastice ale efectorului final ale căror deformaţii proporţionale cu forţele sunt măsurate prin senzori pentru obţinerea informaţiei asupra mărimii forţelor de interacţiune şi realizarea controlului în buclă a acestor forţe cu echipamentul de comandă.

17

7.5. Arhitecturi ale roboţilor de montaj

Arhitecturile lanţului cinematic al roboţilor de montaj pot fi:- arhitecturi standard;- arhitecturi antropomorfe (tip 6R);- arhitecturi modulate;- arhitecturi de complianţă selectivă;- arhitecturi hibride;- manipulatoare de montaj.

18