Roboti Industriali

18
Roboţi industriali 1 ROBOŢI INDUSTRIALI Motto : Oamenii au o abilitate fantastică de a folosi orice corp ca extensie a propiului corp. 1. Introducere în Robotica Robotul este întruparea noţiunii de “automatizare şi control”, este un produs mecatronic. Termenul de "robot" a fost utilizat în 1917 pentru prima oară într-o nuvelă a scriitorului ceh Karel Capek. Cuvântul "robota" este cuvânt slav şi înseamnă muncă manuală dificilă sau grea. Roboţii adevăraţi, aşa cum îi cunoaştem astăzi, au apărut în 1954, când un inginer american, Joseph Engelberger, a depus la oficiul de invenţii un patent numit "programmed article transport". 1.1. Definiţii ale Roboţilor La fel ca termenul "automatizare", termenul de "robot" este utilizat cu mai multe înţelesuri, în diferite contexte. Câteva definiţii sunt date mai jos : Roboţii sunt dispozitive de mişcare cu mai multe axe, aplicabile universal. Mişcările şi traiectoriile mişcării sunt liber programabile şi, dacă este necesar, sunt ghidate de senzori. Roboţii utilizează mâini mecanice, unelte sau alte dispozitive (numite în general end-effectors) pentru a executa manipulări mecanice sau alte funcţii de producţie. În Germania este necesar ca un robot să aibe mai mult de 3 axe, dar acesastă definiţie nu este acceptată unanim, în întraga lume. Multe alte ţări între care Japonia şi Statele Unite, utilizează alte definiţii pentru roboţi. De aceea este dificil efectuarea unui studiu comparativ a unor statistici de genul "număr de roboţi la o mie de locuitori". În Japonia, de exemplu, un manipulator cu două axe comandat manual este considerat robot. În domeniul roboticii, cei mai interesanţi roboţi sunt numiţi "roboţi inteligenţi". Ei ar trebui să fie capabili să manipuleze obiecte în lumea reală şi să reacţioneze la evenimente externe. În plus, ei trebuie să fie flexibili, de exemplu să-şi modifice comportamentul. Forma şi mărimea robotului nu are importanţă în stabilirea faptului dacă este sau nu inteligent. Cel mai important criteriu este multitudinea de senzori folosiţi de robot. Caracteristici Principalele caracteristici ale robotilor industriali se pot grupa în mai multe categori: Geometrie Spaţiu de lucru Configuraţia articulaţiilor Numărul de grade de libertate Încărcătură Capacitatea de încărcare/ Încărcarea nominală - greutatea uneltei + greutatea piesei manipulate - Robotul poate mişca acestă încărcătură fără restricţii de viteză şi acceleraţie (conform cu datele limită date de producător) Încărcarea utilă = Încărcarea nominală – Greutatea uneltei.

description

Introducere in robotica

Transcript of Roboti Industriali

Page 1: Roboti Industriali

Roboţi industriali

1

ROBOŢI INDUSTRIALI

Motto : Oamenii au o abilitate fantastică de a folosi orice corp ca extensie a propiului corp.

1. Introducere în Robotica

Robotul este întruparea noţiunii de “automatizare şi control”, este un produs mecatronic. Termenul

de "robot" a fost utilizat în 1917 pentru prima oară într-o nuvelă a scriitorului ceh Karel Capek.

Cuvântul "robota" este cuvânt slav şi înseamnă muncă manuală dificilă sau grea.

Roboţii adevăraţi, aşa cum îi cunoaştem astăzi, au apărut în 1954, când un inginer american, Joseph

Engelberger, a depus la oficiul de invenţii un patent numit "programmed article transport".

1.1. Definiţii ale Roboţilor

La fel ca termenul "automatizare", termenul de "robot" este utilizat cu mai multe înţelesuri, în

diferite contexte. Câteva definiţii sunt date mai jos :

Roboţii sunt dispozitive de mişcare cu mai multe axe, aplicabile universal. Mişcările şi traiectoriile

mişcării sunt liber programabile şi, dacă este necesar, sunt ghidate de senzori. Roboţii utilizează mâini

mecanice, unelte sau alte dispozitive (numite în general end-effectors) pentru a executa manipulări

mecanice sau alte funcţii de producţie.

În Germania este necesar ca un robot să aibe mai mult de 3 axe, dar acesastă definiţie nu este

acceptată unanim, în întraga lume. Multe alte ţări între care Japonia şi Statele Unite, utilizează alte

definiţii pentru roboţi. De aceea este dificil efectuarea unui studiu comparativ a unor statistici de genul

"număr de roboţi la o mie de locuitori". În Japonia, de exemplu, un manipulator cu două axe comandat

manual este considerat robot.

În domeniul roboticii, cei mai interesanţi roboţi sunt numiţi "roboţi inteligenţi". Ei ar trebui să fie

capabili să manipuleze obiecte în lumea reală şi să reacţioneze la evenimente externe. În plus, ei trebuie

să fie flexibili, de exemplu să-şi modifice comportamentul. Forma şi mărimea robotului nu are

importanţă în stabilirea faptului dacă este sau nu inteligent. Cel mai important criteriu este multitudinea

de senzori folosiţi de robot.

Caracteristici

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

Geometrie

Spaţiu de lucru

Configuraţia articulaţiilor

Numărul de grade de libertate

Încărcătură

Capacitatea de încărcare/ Încărcarea nominală

- greutatea uneltei + greutatea piesei manipulate

- Robotul poate mişca acestă încărcătură fără restricţii de viteză şi acceleraţie (conform cu datele limită date de

producător)

Încărcarea utilă = Încărcarea nominală – Greutatea uneltei.

Page 2: Roboti Industriali

Roboţi industriali

2

Cinematica

Viteza şi acceleraţia

Viteza pe traiectorie

- Viteza uneltei într-o mişcare liniară ( viteza TCP – Tool Center Point)

Timpul de mişcare

Precizia

Repetabilitate

Precizia de poziţionare

Controller

Hardware

Software

Interfaţă

Programare

1.2. Clasificarea Roboţilor

Maşinile şi uneltele sunt clasificate după

funcţiile pe care le îndeplinesc. Dacă

îndeplinesc mai multe funcţii, atunci se

grupează după o funcţie principală. Datorită uriaşei varietăţi de funcţii ale roboţilor, aceştia se pot

clasifica în diverse grupe de funcţii principale. Astfel, roboţii de sudură şi de vopsire pot aparţine

grupelor de maşini de sudură, respectiv maşini de vopsit. Roboţii normali (care lucrează cu mâini

mecanice) aparţin dispozitivelor de manipulare.

1.2.1. Dispozitive de manipulare

Dispozitivele de manipulare sunt mecanisme

care creează, schimbă şi menţin un

aranjament al unor corpuri cu geometrie

bine delimitată, într-un spaţiu fizic la care se

ataşează un sistem de coordonate. Aceasta

este cea mai largă definiţie pentru funcţia de

manipulare (handling – în limba engleză). În

figura 2.1.1. se poate vedea o clasificare a

“dispozitivelor de manipulare”.

Mişcarea unor piese sau a unor unelte este o

caracteristică funcţională a tuturor roboţilor.

Roboţii sunt clasificaţi ca “dispozitive de

manipulare” şi aparţi sub-categoriei

“dispozitive de mişcare”, fig.2.1.2.

Clasificare dispozitivelor de mişcare poate

detalia şi mai mult dacă se ţine seama de

tipurile de controller-e utilizate pentru roboţi.

Fig. 2.1.1

Fig. 2.1.2

Page 3: Roboti Industriali

Roboţi industriali

3

Definiţii

În afară de roboţi, există mai multe sub-clase de “dispozitive de mişcare”:

Manipulatoare simple Dispozitive de mişcare controlate manual pentru diverse operaţii de manevrare

Tele-manipulatoare Manipulatoare conduse prin unde radio, de exemplu pentru mânuirea unor materiale periculoase

(radioactive sau explozive).

Dispozitive de alimentare Mecanisme cu un program de mişcare fix. Traiectoriile şi unghiurile de mişcare pot fi

modificate mecanic. Sunt prevăzute cu mâini mecanice (gripper) pentru acţiuni de mânuire

obiecte.

1.3. Roboţi şi Automatizare

Automatizarea este strâns legată de robotică. În acest context există trei nivele de automatizare:

1. Automatizare cu funcţionalitate constantă

Dacă se doreşte o producţie în serie mare, este mai economic să se cumpere echipament de

producţie optimizat, chiar dacă preţul de achiziţie este mare. Prin obţinerea unei productivităţi

mari preţul de achiziţie se justifică şi preţul unitar pe produs va fi mai mic decât folosind alte

echipamente. Pot apărea probleme datorită timpului mare de concepţie a unor astfel de

echipamente optimizate, datorită lipsei flexibilităţii în cazul unor nevoi de modificare a

produsului şi datorită imposibilităţii de utilizare a echipamentului dacă se renunţă la fabricarea

produsului.

2. Automatizare programabilă

Dacă se doreşte fabricarea mai multor produse diferite în serie mai mică, atunci este nevoie de

un echipamant care se poate adapta uşor la noile cerinţe de producţie. După modificarea

automatizării se pot realiza mai multe produse de acelaşi fel, costurile de modificare fiind

justificate şi acoperite de numărul relativ mare de produse fabricate.

3. Automatizare flexibilă

De mai bine de 20 de ani proiectanţii echipamentelor de producţie se gândesc la sisteme de

fabricaţie în care realizarea unui singur produs să se facă cu acelaşi preţ de fabricaţie cu acela al

unei serii mari de producţie. Mecanismul constă într-un număr de celule de fabricaţie de

aplicabilitate universală care sunt conectate prin sisteme de transport şi stocare. Un controller de

fabricaţie central coordonează transportul pieselor la celulele de fabricaţie şi de asemenea

transferă către roboţi toate programele necesare de fabricaţie. Un astfel de sistem poate fabrica

un număr foarte mic sau foarte mare de acelaşi tip de produs la un cost identic per produs.

Baza producţiei viitorului constă în realizarea de sisteme şi echipamente flexibile. Roboţii inteligenţi

vor constitui o componentă principală a sistemelor de producţie flexibile. Aceştia vor putea fi utilizaţi

atât pentru producţie cât şi pentru transport. Vor trebui să îşi planifice şi să îşi supravegheze acţiunile,

Page 4: Roboti Industriali

Roboţi industriali

4

să interacţioneze la stimuli din mediul ambiant şi să poată comunica eficient cu alte maşini. Aceste

funcţii necesită utilizarea tehnologiilor de senzorică şi de comunicaţie în reţea.

1.4. Statistici privind repartiţia Roboţilor în lume şi pe sectoare industriale

Mai multe organizaţii naţionale şi internaţionale adună şi analizează la intervale constante de timp

diverse date despre utilizarea roboţilor în lume. La sfârşitul anului 1997, în lume erau instalaţi

aproximativ 711.500 de roboţi. Dintre aceştia 58 % în Japonia, 10,8 % în SUA, 9,4 % în Germania şi

11,4 % în restul Europei. Numărul de roboţi instalaţi anual este în creştere, dar mulţi roboţi nu sunt

instalaţi în puncte de lucru noi ci sunt destinaţi înlocuirii unor roboţi existenţi.

Tabel 2.1.1. Număr de roboţi instalaţi

Roboţi instalaţi anual Roboţi existenţi la sfârşitul anului

Prognoza Creştere Prognoză Creştere Ţară / Regiune 1997 2001 în % 1997 2001 în %

Japonia 42,700 61,400 44 413,000 433,400 5 SUA 12,500 16,900 35 77,100 114,800 49 Germania 9,000 12,000 33 66,800 95,700 43 Italia 3,700 4,700 27 28,400 39,100 38 Franţa 1,700 2,400 41 15,600 19,000 22 Anglia 1,800 1,900 6 10,000 14,200 42

Sumă 71,400 99,300 39 610,900 716,200 17 Europa de Vest 3,800 5,600 47 27,200 40,900 50 Asia 7,000 9,300 33 41,100 69,200 68 Alte ţări 2,700 5,600 107 32,300 46,800 45

Sumă totală 84,900 119,800 41 711,500 873,100 23

Diagrama numărului de roboţi utilizaţi la 10.000 de angajaţi este un indicator important pentru

determinarea nivelului de automatizare dintr-o ţară sau dintr-un domeniu economic al unei ţări. În

figura 2.1.3 se prezintă această diagramă pentru principalele ţări industrializate.

Fig. 2.1.3. Diagrama numărului de roboţi la 10.000 de angajaţi.

Pentru Germania, marea majoritate a celor 66.800 de roboţi existenţi în 1997 se utilizau în

domeniile: sudură în puncte sau cu arc, asamblare, manipulare piese, tratare suprafeţe, paletizare şi

debavurare. În figura 2.1.4 sunt vizualizate mai detaliat domeniile şi numărul de roboţi din industria

Page 5: Roboti Industriali

Roboţi industriali

5

Germaniei. Dezvolatarea tehnologică a aplicaţiilor de asamblare s-a datorat utilizării senzorilor optici şi

tactili. Roboţii pot utiliza aceşti senzori pentru a se adapta la noile condiţii ale mediului înconjurător.

Fig. 2.1.4. Domenii şi număr de roboţi în industria Germaniei, în anul 1997

2. Utilizarea Roboţilor

Dacă se doreşte utilizarea roboţilor în aplicaţii industriale, atunci trebuie ţinut seama de anumite

considerente din alt punct de vedere decât al robotizării în sine. Forte importante sunt dispozitivele

periferice, cum ar fi senzorii şi sistemele de transport. Comunicaţia în reţea devine din ce în ce mai

importantă, pentru a se putea integra roboţii în sistemele de producţie.

2.1. Arii de aplicabilitate

Aplicaţiile actuale ale roboţilor sunt foarte variate. Pentru anumite aplicaţii există roboţi speciali,

pentru altele există roboţi cu o cinematică (structură mecanică) standard. Oricum, fiecare gen de

aplicaţie are propriile necesităţi, de aceea nu s-a putut concepe şi construi, încă, un “robot universal”.

Ariile de aplicabilitate ale roboţilor se determină pe baza unor analize de fezabilitate şi de condiţiile

economice specifice pieţei. De aceea uneori nu este posibilă utilizarea roboţilor în orice domeniu. Dar

aria de aplicabilitate a roboţilor creşte pe măsură ce capabilităţile controller-elor şi a tehnologiei

senzorilor se îmbunătăţeşte. De asemenea, tehnicile inteligente de programare pot conduce la aplicaţii

noi (ca exemplu: generarea automată a traiectoriilor pe care trebuie să le parcurgă robotul pe baza unor

desene CAD). În ultimi ani, domeniile principale de aplicabilitate ale roboţilor nu s-au schimbat. A

crescut în schimb numărul de aplicaţii din fiecare domeniu.

Page 6: Roboti Industriali

Roboţi industriali

6

Principalele domenii de utilizare a roboţilor sunt:

- Interconexiuni (asamblări nedemontabile: sudare, lipire, cositorire)

- transport

- procesarea suprafeţelor

- debitare (tăiere)

- tehnici de producţie: asamblare, poziţionări componente electronice, măsurări.

Se prezintă mai jos căteva detalii despre aceste aplicaţii.

2.1.1. Interconexiuni (asamblări nedemontabile între diferite tipuri de materiale)

Pentru roboţi, tehnologia asamblărilor nedemontabile prin sudură şi lipire reprezintă un domeniu cu

grad mare de automatizare. Robotul preia muncile monotone şi periculoase, ca de exemplu: sudarea cu

arc şi sudarea în puncte. În aplicaţiile de lipire şi cositorire există emisii de gaze toxice ce pot afecta

sănătatea angajaţilor.

Asamblarea nedemontabilă a materialelor necesită o precizie bună şi o calitate ridicată. Dacă un

robot execută suduri, lipiri şi cositoriri, procesul poate deveni mai rapid şi mai precis.

Sudarea în puncte

Sudarea în puncte este una din principalele aplicaţii ale roboţilor. În industria automobilelor, dificila

muncă de sudare a caroseriilor a fost preluată de roboţi. Utilizarea roboţilor este mult mai economică.

Pentru sudarea în puncte este nevoie de forţe mari de apăsare, astfel încât piesele metalice să

formeze o zonă de contact. După realizarea contactului, un transformator generează curent de amperaj

mare ce va trece prin zona de contact între piesele metalice. Curentul mare va produce topirea

metalului în zona de contact astfel realizându-se sudarea. In timpul sudării, dispozitivul mecanic de

presare păstreză piesele lipite până ce, la punctul de sudură, curentul este oprit şi temperatura scade sub

o anumită valoare.

Pentru sudarea în puncte se pot folosi şi maşini speciale dar utilizarea roboţilor este mai flexibilă, cu

timp de pregătire mult mai redus în cazul în care este necesară schimbarea producţiei (a modelului de

caroserie). În industria automobilelor se folosesc în special roboţi cu 6 grade de libertate. Mişcarea este

uzual limitată la poziţionare (PTP) între diverse puncte din spaţiul său de lucru. Între două puncte de

sudură pot exista şi alte puncte de poziţionare intermediară, pentru evitarea unor coliziuni. Pentru

caroseria unui automobil sunt necesare, în medie, 3000 de puncte de sudură.

Fig. 2.1.5. Exemplu de roboţi ce realizează sudare în puncte a unei caroseri de automobil.

Page 7: Roboti Industriali

Roboţi industriali

7

Sudarea cu arc electric

Sudarea cu arc este de asemenea un domeniu al utilizării roboţilor. Această tehnologie presupune

mişcarea robotului pe o anumită traiectorie cu viteză controlată, asemănător cu cea de la maşini CNC.

Pachete de programe software permit analiza unor proiecte CAD şi generarea de programe pentru

roboţi astfel încât axcesta să poată urmări traiectorii foarte complexe. Senzori tactili, optici şi electrici

sunt folosiţi pentru urmărirea formei sudurii. Roboţi echipaţi cu senzori pot corecta deviaţii ale poziţiei

pieselor sau ale grosimii materialului. Senzorii folosiţi trebuie să reziste la condiţiile dure dintr-un

atelier de sudură: fum, scântei, variaţii de temperatură,

O altă cerinţă în sudarea cu arc este alimentarea continuă cu material de electrod, cu gaz inert şi cu

lichid de răcire.

Sudarea cu arc nu necesită neapărat o viteză constantă dar necesită o mişcare exactă a electrodului.

Pentru optimizarea mişcărilor este uzuală o proiectare inteligentă a dispozitivelor de alimentare cu

piese. Robotul de sudare cu arc trebuie să reziste la condiţiile dificile de lucru.

Lipire

În prezent există multe aplicaţii în care dozarea şi aplicarea cleiurilor de lipire pe diverse suprafeţe

se face cu ajutorul roboţilor. Particularităţile roboţilor folosiţi pentru lipire sunt asemănătoare cu ale

celor utilizaţi în sudarea cu arc, adică mişcare continuă pe o traiectorie precisă. La aceşti roboţi,

dozarea lichidului de lipire este sincronizată cu viteza de deplasare a diuzei deasupra materialului.

Astfel, la schimbări bruşte de direcţie în care viteza scade, se limitează şi debitul de soluţie aplicată. În

aplicaţiile de lipire se pot atinge viteze mai mari de deplasare decât în aplicaţiile de sudare cu arc

electric.

Cositorire

Cositorirea componentelor electronice pe plăci imprimate este o aplicaţie de succes a roboţilor.

Tehnologia implică cositorirea componentelor de acelaşi tip în celule de lucru diferite sau ca acelaşi

robot care va schimba aparatul de cositorit (care poate fi de diferite mărimi) după aplicarea mai multor

piese de acelaşi tip.

În afară de cositorire, pentru lipirea componentelor electronice se folosesc şi alte tehnologii: lipire

cu topire prin inducţie, prin lumină în infroroşu sau cu laser.

Fig.2.1.6. Aplicaţie de cositorire cu robot.

Page 8: Roboti Industriali

Roboţi industriali

8

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 în altul. Un robot poate realiza astfel de aplicaţii, mai ales acolo

unde munca este prea obositoare sau prea monotonă pentru un operator uman. Există trei tipuri de

aplicaţii de transport:

Mânuirea unor piese

Paletizare

Alimentarea cu piese a unor maşini-unelte

Mânuirea unor piese

În producţia de masă roboţii asigură fluxul tehnologic pentru staţii şi maşini de prelucrare cu timp de

ciclu mic. Datorită varietăţii mari de tipuri şi dimensiuni de roboţi, aceştia sunt preferaţi unor

dispozitive mecanice rigide.

Roboţii se folosesc pentru mânuirea unor piese grele, voluminoase sau care au temperatiră mare (în

industria metalurgică).

Un alt exemplu de mânuire piese este sortarea. În acest tip de aplicaţie robotul va aranja piese după

anumite criterii pentru asamblare ulterioară sau pentru alimentarea mai multor standuri de lucru.

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

Paletizare

Paletizarea este un proces tehnologic obişnuit la începutul şi la sfârşitul unei staţii de procesare sau

ale unei linii de producţie. Obiectele sunt aşezate pe paleţi pentru un transport mai uşor. La începutul

unei linii de producţie robotul preia obiectele de pe paleţi şi le aşază în primul post de lucru. La

sfârsiţul liniei de producţie robotul preia obiectele de pe linie şi le aşază pe paleţi, de obicei unul lângă

altul şi pe diferite nivele.

Roboţii utilizaţi pentru paletizare trebuie să aibă spaţiul de lucru mare şi viteză de mişcare mare.

Trebuie să cunoască poziţia în care a fost aşezat paletul, dimensiunile şi modul de aşezare pe palet a

obiectelor. Funcţie de mărimea obiectelor, robotul va folosi dispozitive de apucare (gripper-e) speciale.

Page 9: Roboti Industriali

Roboţi industriali

9

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

Alimentarea cu piese a unor maşini- unelte

Datorită costului mare al maşinilor unelte cu comenzi numerice, acestea trrebuie să lucreze cât mai

mult şi cât mai rapid pentru a se limita timpul de recuperare a investiţiei. Utilizarea roboţilor pentru

alimentarea cu piese a acestor maşini-unelte este justificată deoarece roboţii pot executa mişcări mai

rapide şi mai precise decât un operator uman. Pentru că şi un robot este destul de scump, se foloseşte

deseori în scopul alimentării cu piese a mai multor maşini-unele. La alimentarea cu piese se folosesc

gripper-e duble. Astfel, în aceeaşi mişcare către maşină se ridică piesa prelucrată şi, printr-o simplă

rotaţie, se lasă noua piesă brută.

Robotul se sincronizează cu maşinile-unelte prin intrări/ieşiri digitale sau prin comunicaţie în reţea.

Fig. 2.1.9. Aplicaţie cu robot ce alimentează cu piese

o maşină-unelată (strung).

2.1.3. Procesarea suprafeţelor

Domeniul procesării suprafeţelor este destul de dur în ceeace priveşte condiţiile de lucru şi sănătatea

operatorilor umani. La locul de muncă pot exista vapori de solvenţi chimici, praf, resturi de polizare,

scântei, zgomot intens etc. În aceste cazuri automatizarea este impusă de condiţiile grele de muncă. De

obicei, aceste zone sunt izolate de restul spaţiului de producţie prin cabine sau paravane.

Aplicaţii uzuale ale roboţilor în domeniul procesării suprafeţelor:

Vopsire

Polizare şi şlefuire

Debavurare

Page 10: Roboti Industriali

Roboţi industriali

10

Vopsire

Roboţii de vopsire sunt frecvent utilizaţi în aplicaţiile industriale. Cel mai bun exemplu este cel de

vopsire a caroseriilor de automobile, care este deja un standard. Mai mulţi roboţi cooperează la acelaşi

stand de lucru pentru vopsirea unei caroseri.

Particulele atomizate de vopsea care ies din pistolul de lipit sunt electrizate. Astfel ele aderă mai

bine la suprafaţa metalului, pierderile de vopsea fiind sub 5%. Pentru o vopsire de calitate, distanţa

dintre pistolul de vopsit şi suprafaţa metalului trebuie să rămână constantă. De asemenea, viteza de

mişcare trebuie să fie constantă.

Multe firme încă mai folosesc procduri de tip teach-in pentru a memora poziţiile de mişcare ale

robotului. Utilizează un model al robotului şi o caroserie etalon pentru a învăţa manual ce traiectorii

trebuie să urmărească robotul.

Piesele pot fi plasate pe o bandă rulantă. În aceste cazuri, traiectoriile mişcărilor robotului trebuie să

ţină seama de viteza de mişcare a benzii rulante.

Roboţii sunt protejaţi împotriva pătrunderii în articulaţii a vaporilor solvenţi şi a picăturilor de

vopsea.

Fig. 2.1.10. Aplicaţie de vopsiere a unei caroseri de automobil cu roboţi.

Polizare şi şlefuire

În aplicaţiile de polizare, robotul trebuie să mânuiască o piesă pe care să o preseze cu forţă

controlată asupra unei benzi sau a unui disc de polizare. Mobilitatea braţului robotului permite

polizarea piese sub diferite unghiuri, atăt static cât şi din mişcare. Senzori speciali trebuie măsoare forţa

de apăsare şi să detecteze poziţia uneltei (discul polizorului) în cazul în care aceasta se uzează.

Debavurare

În metalurgie, după operaţia de turnare în forme, suprafeţele pieselor sunt acoperite de bavuri.

Acestea trebuie îndepărtate cu ajutorul unor discuri de tăiere sau a unor polizoare.

Polizoarele se pot monta pe robot cu ajutorul unor flanşe de metal şi cauciuc. Elasticitatea

cauciucului preia şocul transmis în braţul robotului de forma neregulată a bavurilorşi permite mici

deviaţii de la traseul exact (programat) al sculei robotului.

Page 11: Roboti Industriali

Roboţi industriali

11

2.1.4. Debitare

În multe aplicaţii industriale, pentru tăierea tablelor se folosesc maşini de ştanţat. Dar unele

materiale şi piese de forme complexe nu permit utilizarea ştanţelor. De asemenea pentru serii mici de

fabricaţie, construirea unei matriţe de ştanţat este neeconomică. În aceste cazuri se pot utiliza roboţi

care vor trebui să mânuiască diverse unelte de tăiere.

Pocesele de debitare implică existenţa unui pericol pentru siguranţa operatorului uman. Ca factori de

pericol se pot enumera: emisiile de gaze, praf, umiditate, lumină de laser, zgomot etc.

Roboţii utilizaţi în operaţii de debitare trebuie să satisfacă aceleaşi cerinţe ca şi cei de sudură cu arc.

Trebuie să urmărească cu precizie traiectorii complexe.

Principalele tehnologi de debitare utilizate cu roboţi sunt:

Tăiere cu jet de apă

Tăiere cu laser

Tăiere prin mijloace convenţionale

Debitare cu jet de apă

Se foloseşte pentru a tăia materiale moi, cum ar fi plasticul sau materialele compozite. Un jet de apă

sub presiune (de sute până la o mie de bar) cu diametrul de 0,15 mm este plimbat pe desupra

materialului care se doreşte a fi tăiat. Debitul este mic, 0,5 litri pe minut, şi valve speciale pot opri jetul

în câteva milisecunde.

Zonele de tăiere cu jet de apă sunt izolate cu cabine de lucru. Roboţii trebuie să reziste la umiditatea

ridicată rezultată în zona de tăiere. Ei sunt protejaţi la fel ca roboţii pentru vopsire.

Tăiere cu laser

Laserul este o tehnologie nouă. Tăierea cu laser este bazată pe separarea termică a materialului.

Acesta este încălzit până la temperatura de topire sau chair de evaporare. Se pot tăia cu laser atât

materiale metalice cât şi nemetalice (pastic, ceramică).

Există mai multe tehnici de tăiere cu laser ce depind de tipul de gaz folosit pentru suflare:

Tăiere prin sublimare

Raza laser vaporizează metalul. În locul de tăiere, pe lângă laser, trebuie suflat un gaz inert ce va

îndepărta materialul vaporizat.

Tăiere prin topire

Laserul topeşte materialul iar gazul inert îndepărtează topitura. Cu această tehnologie, un robot

poate tăia metal în atmosferă controlată (gaz inert) fără să producă oxidare suprafeţelor de separaţie.

Tăierea cu reacţie exotermă

Materialul este încălzit cu o rază laser până aproape de punctul de topire. Un gaz special de ardere

(oxigen) este suflat deasupra zonei de tăiat. Are loc un proces exoterm care produce o încălzire

suplimentară şi topeşte materilul. Jetul de gaz îndepărtează şi materialul topit.

Page 12: Roboti Industriali

Roboţi industriali

12

Tăiere convenţională

Roboţii utilizează pentru tăiere două tehnologi convenţionale:

Cu flacără autogen

Aceasta este cea mai veche metodă folosită pentru procedee de tăiere termică. Este folosită pentru a

tăia oţel slab aliat cu grosime dela 3 mm până la 200 mm. Selecţia gazului potrivit este esenţială pentru

obţinerea unei tăieri de calitate. De exemplu, oxigenul este utilizat în combineţie cu acetilenă sau

propan. Flacăra încălzeşte materialul până la o temperatură de aplindere a acestuia, după care

materialul arde datorită prezenţei oxigenului. În timp ce arde, temperatura materialului creşte până la

punctul de topire şi jetul de gaz îndepărtează topitura.

Tăierea cu arc de plasmă

Spre deosebire de tăierea cu flacără autogenă, tăierea cu plasmă nu conduce la aprinderea şi arderea

materialul. Plasma are suficientă energie pentru a provoca topirea materialului. Îndepărterea

materialului se face cu un jet de gaz inert. La origine, acest procedeu a fost folosit pentru tăierea

metalelor pentru care nu se putea folosi procedeul autogen: aliaje crom-nichel, oţel inox, cupru.

Grosimea acestor materiale putea atinge maxim 150 mm. În prezent se tehnologia foloseşte şi pentru

tăierea oţelurilor nealiate sau slab aliate cu grosimi de până la 40 mm.

2.1.5. Tehnici de producţie

Asamblarea unui produs din diverse părţi componente este o operaţie care necesită precizie şi o

programare exactă a ordinii mişcărilor. Pentru a utiliza roboţi în acest tip de activitate, este foarte

importantă detectarea cu ajutorul senzorilor a orientărilor şi poziţiilor diverselor subansamble sau piese.

În timpul asamblării, robotul trebuie să asigure o vibraţie pentru îmbinarea componentelor. De

asemenea, trebuie să controleze forţele de apăsare pentru a nu produce avarii. Unelte speciale sunt

folosite cu diverse scopuri: înşurubare, găurire etc. De abia ultimele generaţii de roboţi au putut fi

folosiţi eficient în procesele de asamblare. De aceea, această arie de aplicabilitate a roboţilor este una

din cele mai dinamice, acum şi în viitorul apropiat.

Asamblarea de componente mecanice

Asamblarea este tehnologia de montare a mai multor piese sau module pentru obţinerea unui singur

produs. Pentru obţinerea unui proces economic de asamblare există câteva condiţii ce trebuie

îndeplinite:

Părţile componente trebuie proiectate din start pentru a uşura procesul de asamblare – (de ex. autocentrare).

Piesele trebuie să alimenteze standul de asamblare în timp util şi cu o anumită orientare în spaţiu.

Procesul de asamblare trebuie să fie menţinut cât se poate de simplu şi trebuie adaptat la spaţiul de lucru al

robotului.

Roboţii de tip SCARA execută aproximativ 80% din totalul operaţiilor de asamblare cu robot. Sunt

folosiţi cu succes şi roboţii tip portal. Funcţii de asamblare mai complexe se pot realiza cu roboţii

articulaţi, cu 5 sau 6 grade de libertate. Dacă procesul de asamblare nu se poate automatiza complet,

atunci se folosesc şi posturi de asamblare manuală, deservite de operatori umani.

Page 13: Roboti Industriali

Roboţi industriali

13

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

Poziţionări de componente electronice

În producţia de circuite electronice imprimate, maşinile de inserţie plasează diferite componente

electronice în locuri precise, pe placa imprimată. Nu toate componentele electronice pot fi mânuite cu

maşinile de inserţie. Roboţi echipaţi cu gripper-e speciale sunt utilizaţi pentru montarea şi lipirea pe

placa electronică imprimată a acestor componente mari sau dificil de montat cu maşini de inserţie.

Măsurare

Măsurarea aleatoare, dintr-un lot de piese, este o metodă utilizată frecvent pentru controlul calităţii

produselor. Există aplicaţii în care roboţi preiau de pe banda de producţie, la intervale de timp regulate

sau aleatoare, piese pe care le măsoară în vederea verificări calităţii.

Fig. 2.1.12. Aplicaţie măsurare cu robot industrial..

Page 14: Roboti Industriali

Roboţi industriali

14

2.1.6. Domenii speciale de utilizare a roboţilor

În afară de producţia industrială, există şi alte domenii în care utilizarea roboţilor s-a impus sau a

fost eficientă. În aceste domenii nu se poate vorbi de raportul între costul robotului şi un anumit număr

de produse. Exemple de domenii cu aplicaţii speciale pentru roboţi sunt:

Spaţiu extratetrestru

Laboratoare de cercetare

Medicină

Producţii în camere sterile

Construcţii

Spaţiul extraterestru

În spaţiul extraterestru prezenţa omului este foarte costisitoare. Instalaţiile pentru susţinerea vieţii şi

aprovizionarea astronauţilor de pe pământ sunt complexe şi scumpe, din punct de vedere tehnologic.

De aceea, în misiuni spaţiale sunt preferate sistemele automatizate.

Următoarele misiuni spaţiale pot fi realizate cu ajutorul roboţilor:

Realizarea de experimente de laborator

Acroşarea şi re-alimentarea sateliţilor, cu posibilitatea de efectuare de reparaţii

Explorarea unor planete cu roboţi mobili

Laboratoare de cercetare

Laboratoarele de cercetare în domeniul medicinei, farmaceutic, al chimiei şi biotehnologiilor

necesită întotdeauna mânuirea unor substanţe sau aparate. Aceste trebuir pot fi preluate de roboţi.

Roboţi de dimensiuni mici pot executa eficient următoarele activităţi:

Mânuirea de pipete pentru dozare amestecuri

Mânuirea de eprubete

Alimentarea unor cabinete aflate la temperatură ridicată

Alimentarea cu probe a unor analizoare

Medicină

Fabricarea unui produs medicat necesită maximă igienă şi precizie ridicată. O mare parte din

producele farmaceutice sunt produse în camere sterile. Prezenţa omului în aceste locuri poate

compromite producţia. De aceea, utilizarea roboţilor este justificată. În camerele sterile roboţii

realizează toate activităţile de mânuire şi de împachetare (încapsulare) a produselor.

În viitor, roboţi specializaţi vor putea asista medicii la operaţiile chirurgicale. În primele analize

clinice, roboţi tele-operaţi pot executa mişcări impuse de medici. Roboţi chirurgicali autonomi vor

putea în viitor să execute singuri operaţii chirurgicale complete. Imagini tomografice şi camere de luat

vederi vor cransmite informaţii permanent către aceşti roboţi.

Producţii în camere sterile

Anumite procese de producţie necesită controlul strict al climatizării şi un mediu foarte curat. Ca

exempleu se pot da: producţia de semiconductori, de circuite integrate şi de materiale magnetice pentru

stocare date. Aceste producţii se realizează în aşa numitele camere sterile. Într-o cameră sterilă

temperatura şi umiditatea sunt menţinute constante iar aerul trebuie să aibe cât mai puţine particule de

impurităţi (praf, vapori de ulei, aerosoli etc.).

Page 15: Roboti Industriali

Roboţi industriali

15

În aceste incinte roboţii sunt folosiţi în general pentru activităţi de manipulare. Mişcările trebuie să

fie deseori foarte precise iar gradul de repetabilitate al mişcărilor este foarte important. În plus, aceşti

roboţi trebuie să nu contamineze aerul cu impurităţi.

Construcţii

Muncitorii constructori trebuie să lucreze în aer liber, în orice condiţii de vreme. Deseori trebuie să

manipuleze obiecte grele în spaţii incomode. Această muncă este grea şi implică riscuri mari de

accidentare.

Din aceste motive este de dorit ca anumite munci să fie automatizate. Roboţii sunt foarte rar utilizaţi

în construcţii, în special în zanele de producere a semifabricatelor, dar, acei câţiva care sunt în

activitate lucrează în următoarele domenii:

Lucrări de zidărie

Ramforsare în construcţia prefabricatelor

Producţia de elemente pentru tavan şi pereţi

Construcţii de clădiri automatizate

Roboţii folosiţi în lucrări de zidărie trebuie să reziste la aceleaşi condiţii ca toate celelalte maşini din

construcţii:

Să fie posibilă utilizarea lor în aer liber şi cu dese relocaţii.

Să reziste la transport pe drumuri neamenajate.

Să reziste la mizerie, noroi şi apă.

Să poată opera pe orice vreme şi în condiţii climaterice variate.

Trebuie să dispună de autonomie, deci de o sursă de energie proprie.

2.2 Dispozitive adiţionale pentru roboţi

La fel ca un om, un robot are nevoie de diverse scule, instrumente şi dispozitive de măsură, pentru a

putea îndeplini într-un timp dat o muncă de calitate. De aceea un robot are în spaţiul lui de lucru mai

multe dispozitive adiţionale care îl ajută să îndeplinească funcţii specifice. Cele mai uzuale dintre

aceste dispozitive se enumeră mai jos:

Senzori

Staţii de poziţionare a pieselor

Dispozitive de prindere

Magazii de piese

Sisteme de schimbare a sculelor

Sisteme de transport

Axe de mişcare adiţionale

Maşini-unelte

Depozite cu stocuri

Page 16: Roboti Industriali

Roboţi industriali

16

Staţii de poziţionare a pieselor

Sunt utilizate pentru fixarea într-o anumită poziţie a pieselor sau a unor module care transportă

piese. Din această poziţie piesele sunt prelucrate de o maşină sau de către robot. Fixarea piesei are

legătură cu sistemul de coordonate al robotului şi deci cu programul de mişcare al acestuia.

Deseori fixarea pieselor se realizează prin acţionări pneumatice ce preiau piese de pe o bandă

rulantă, le aşază într-un dispozitiv de fixare cu ghidaje mecanice.

Dispozitive de prindere

Dispozitivele de prindere sunt utilizate pentru fixarea şi strângerea piesei în vederea executării unei

operaţii tehnologice asupra acesteia. Prin fixarea şi stângerea piesei se asigură o poziţie şi o orientare

exacte ale acesteia.

Dispozitivele de prindere sunt mecanice şi la acţionarea lor, în mod frecvent se foloseşte energie

electrică, pneumatică sau de vacuum.

Sisteme de schimbare a sculelor

În producţia industrială de masă, un robot poate realiza timp îndelungat o singură operaţie precisă

pentru foarte multe piese identice. În acest scop robotul este dotat cu un gripper sau o sculă,

specializate pentru operaţia tehnologică.

Dacă robotul este prevăzut să opereze cu mai multe tipuri de piese de diferite forme, atunci el va

trebui să folosească mai multe tipuri de gripper-e sau scule.

Nu există încă un gripper universal sau o sculă universală pentru întreaga gamă de activităţi realizate

de roboţi. De aceea gripper-ul sau unealta trebuiesc proiectate special pentru manevrarea sau

prelucrarea optimă a piesei de interes. Uneori roboţii trebuie să schimbe scula şi pentru acest lucru se

folosesc dispozitive speciale de tip magazie de scule, la care robotul are acces în spaţiul său de lucru. În

acest scop, braţul robotului are din proiectare un dispozitiv de prindere necesar pentru fixarea sculelor.

Sisteme de transport

Într-o fabrică automatizată, fluxul de materiale trebuie să fie foarte bine gândit şi optimizat. Există

numeroase variante de asigurare în flux continuu a producţiei cu materie primă, piese brute, scule,

consumabile etc. Următoarele sisteme de transport sunt dintre cele mai folosite:

Benzi transportoare (pentru piese mici)

Cărucioare de transport (pentru piese mari)

Vehicole cu ghidare autonomă (pentru distanţe mari) (AGV – Autonomously guided vehicles)

Mese rotative indexabile

Deşi sistemele de transport par să fie separate de producţie, componentele acestui sistem pot servi şi

la alte scopuri. De exemplu, AGV-urile pot fi utilizate ca masă de lucru la un post de prelucrare sau la

mai multe posturi, astfel, piesa putând să nu părăsească platforma vehicolului pe durata întregului

proces de fabricaţie. Aceeaşi idee se poate aplica şi pentru benzi transportoare sau pentru mese rotative

de indexare.

Page 17: Roboti Industriali

Roboţi industriali

17

Axe de mişcare adiţionale

Axele de mişcare adiţionale sunt folosite pentru a mări spaţiul de lucru al robotului. De obicei aceste

axe sunt liniare. Mărirea gradelor de libertate ale robotului poate permite utilizarea unui singur robot

pentru mai multe posturi de lucru şi deci utilizarea mai eficientă a capacităţilor de producţie.

Fig. 2.1.13. Robot cu axă de mişcare adiţională.

Maşini-unelte

În fabrici automatizate se folosesc maşini-unelte cu comenzi numerice. Acestea nu au nevoie de

operator decât pentru alimentare cu piese şi supraveghere. O aplicaţie răspândită a roboţilor este de a

alimenta cu piese maşini-unelte cu comenzi numerice. În acest fel procesul de producţie devine

complet automatizat, un operator uman putând supraveghea mai multe maşini CNC.

Depozite cu stocuri

O producţie economică şi fără salturi depinde de o alimentare continuă a facilităţilor de producţie cu

materie primă şi materiale. Materiile prime sunt păstrate în depozite mari, de tip rafturi aşezate pe

verticală, şi sunt automatizate. Controlul unor asemenea depozite se face cu ajutorul calculatorului, în

care se menţine actualizată şi o bază de date cu informaţii despre stocuri.

Pentru decuplarea unităţilor de producţie care au timpi de ciclu diferiţi şi pentru evitarea opririi

producţiei în cazul unor defecte locale, se utilizează mici stocuri de materiale în diferite părţi ale zonei

de producţie. Aceste mici stocuri deservesc alimentarea cu piese pentru: celule de fabricaţie, roboţi sau

maşini CNC. Sistemul de transport poate fi, de asemenea, utilizat pentru crearea de astfel de mici

stocuri.

Produsele finite sunt depozitate în aceeaşi magazie automatizată până la încărcarea pentru livrare.

Materiile prime şi produsele finite din depozit sunt valori ale companiei, creşterea stocurilor însemnând

investiţii de bani lichizi şi deci creşterea cheltuielilor de producţie.

Tendinţele moderne de fabricaţie sunt în favoarea micşorării stocurilor pentru a micşora astfel costul

de producţie. Materiile prime şi produsele finite sunt livrate în acord cu principiul just in time. Acest tip

de organizare are dezavantajul că producţia fabricii se poate opri în totalitate dacă un furnizor de

materiale sau un transportator pentru produsele finite întâmpină probleme interne şi nu îşi pot respecta

anumite contracte.

Page 18: Roboti Industriali

Roboţi industriali

18

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