Download - Olteanu Marius

Transcript
Page 1: Olteanu Marius

Universitatea Politehnica din Bucuresti Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice

1

Implementarea Robotilor Industriali in Sisteme de Productie

Titular curs: Prof. Dr. Ing. Adrian Nicolescu

Coordonator Proiect :As. Dr. Ing Ioana Paraschiv

Student :Olteanu Marius Eduard

Grupa :641 BA

Page 2: Olteanu Marius

Universitatea Politehnica din Bucuresti Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice

2

Cuprins

Cap.1. Studiul aplicatiilor de paletizare robotizata similare celei realizate

1.1. Generalitati privind aplicatia de paletizare robotizata 1.2. Solutii constuctive implementate in industrie 1.3. Concluzii

Cap.2. Analiza comparativa a robotilor industriali similari celui integrat in aplicatie

Cap. 3. Prezentarea aplicatiei realizate

3.1 Prezentarea aplicatie si a robotului tip brat articulat dedicat operatiei de paletizare

3.2 Operatiile de realizare pentru ansamblul celulei 3.3 Prezentare elementelor componente ale celulei flexibile de fabricatie

3.4 Simularea RI in cadrul celulei flexibile de fabricatie

Page 3: Olteanu Marius

Universitatea Politehnica din Bucuresti Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice

3

Cap.1 Studiul aplicatiilor de paletizare robotizata similare celei realizate

1.1 Generalitati privind aplicatia de paletizare robotizata Paletizarea reprezinta operatia de dispunere voluminca ordonata, in plan orizontal( sub forma de straturi

cu inaltime omogena) si pe vertical (sub forma de staturi multiple) pe dispo zitive de transport denumite

paleti ,a diferitelor categorii de obiecte (produse ambalate in cutii de carton cu forma paralelipipedica, saci

cu material vrac de tip granule sau pulberi, seturi de obiecte multiple preinfoliate-sticle de apa/ulei)

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.

Fig.1 Paleti cu diferite categorii de obiecte

Fig.2 Paleti cu dimensiuni reglementate prin standarde internationale

Page 4: Olteanu Marius

Universitatea Politehnica din Bucuresti Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice

4

Robotii industriali de paletizare pot structura stivele de produse paletizate dupa diferite scheme de

dispunere ordonata a obiectelor, fiecare strat in parte avand o dispunere separata a acestora. Fiecare strat de

obiecte paletizate are un centru de greutate echivalenta, ce nu coincide ca locatie cu centrul de simetrie

geometrica a suprafetei paletului. Din acest motiv, straturile cu dispunere diferita a obiectelor pe palet

alterneaza pana la constituirea unui pachet/ grup de straturi (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 numaruluui de pachete

/ grupuri de straturi fiecare grup incluzand la randul sau 2…4 straturi de dispunere diferita a obiectelor.

Orientarea si pozitioanarea produselor pe staturile unei stive este deosebit de variata tinand cont de

forma( patrata sau dreptunghiulara) paletului precum si de forma si dimensiunile specific ale produselor de

paletizare.

Fig. 3 Scheme de dispunere ordonata pe paleti a obiectelor paletizate

Fig.4 Straturile cu dispunere diferita a obiectelor pe palet

Page 5: Olteanu Marius

Universitatea Politehnica din Bucuresti Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice

5

1.2. Solutii constructive implementate in industrie

Efectori utilizati in aplicatiile de paletizare au o constructive speciala, acesta fiind aleasa in functie de

forma , dimensiuni si caracteristicile de rigiditate a obiectelor de manipulat.

Efectorii de paletizare pot avea o conceptie dedicata:

o manipularii doar a obiectelor ce trebuie dispuse ordonat pe paleti;

o manipularii obiectelor ce trebuie dispuse ordonat pe paleti si a separatoarelor dintre straturi/de

inchidere a stivei;

o manipularii obiectelor ce trebuie dispuse ordonat pe paleti, a separatoarelor dintre straturi/de

inchidere a stivei a paletiilor pe care se realizeaza stivele cu obiecte paletizate (efectori

polifunctionali).

Fig.5 Diferite tipuri de efectori

Pentru exemplificarea tipurilor de efectori special conceputi pentru aplicatia de paletizare in

continuare sunt prezentati:

efector polifunctional cu sisteme de prehensiune vacuumatice

- (“ VACUUM STYLE) pentru paletizare individuala / multipla a produselor de tip cutii

de cartoon si manipularea separatoarelor respectiv sisteme electromecanice de prehensiune

pentru manipularea paletiilor

Fig.6

Page 6: Olteanu Marius

Universitatea Politehnica din Bucuresti Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice

6

efector de tip sisteme de prehensiune cu palete vertical (“ CLAMP STYLE “) pentru

manipularea paletiilor

Fig.7

efector de tip sistem de prehensiune cu ghiare multiple (“ FORK STYLE”) pentru

manipularea produselor de tip saci sau material vrac

Fig.8

Specificul conceptiei si exploatarii celulelor si sistemelor robotizate de paletizare

Celulele si sistemele de fabricatie robotizata dedicate realizarii operatiilor de paletizare au o

structura diversificata, configuratia specifica a acestora si scalarea sistemelor fiind dictate de necesitatile

specific 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, se pot totusi

identifica cateva categorii majore de structure cu frecventa maxima de aparitie in aplicatiile de

paletizare, o parte dintre acestea fiind prezentate in cele ce urmeaza.

Page 7: Olteanu Marius

Universitatea Politehnica din Bucuresti Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice

7

Celula de paletizare cu o intrare si o iesire

Cutiile sunt introduse in celula pe conveiorul de alimentare cu role 1, sunt preluate de RI 2 care le

dispune pe un pallet aflat pe conveyorul de paletizare. RI foloseste un gripper de tip Fork-Style.

Spatiul de lucru este delimitat de gardul de protectie. Evacuarea se realizeaza de catre un operator uman

cu ajutorul unui motostivuitor.

Fig.9

Celula de paletizare cu o intrate si 3 iesiri

Fig.10

Page 8: Olteanu Marius

Universitatea Politehnica din Bucuresti Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice

8

Celula de paletizare cu 3 intrari si 3 iesiri Keenline

Cutiile sunt introduse in celula pe conveIorul de alimentare cu role (2),acestea sunt preluate de RI (1)

care le dispune pe 3 paleti aflate pe conveioarele de paletizare/iesire (3). RI foloseste un end-effector

multifunctional de tip Vacuum-Style si spatiul de lucru este delimitat de gardul de protective.

Fig.10

Celula complexa de paletizare cu 2 RI, fiecare avand 3 intrari si 2 iesiri

Produsele de pe paletat sunt introduse in celula pe conveiorul de alimentare,iar de pe conveiorul cu

role,acestea sunt preluate de RI care le dispun pe conveioarele de paletizare/iesire . RI foloseste un end-

effector multifunctional de tip Vacuum-Style. Spatiul de lucru este delimitat de gardul de protectie.

Fig.11

Page 9: Olteanu Marius

Universitatea Politehnica din Bucuresti Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice

9

Celula de paletizare pentru produse de tip saci cu 2 intrari si 2 iesiri

Produsele sunt introduse in celula cu ajutorul a doua

conveore de alimentare, de unde sunt preluate de robotul

tip brat articulat care le dispune intr-o stiva ordonata pe

paletii aflati pe conveioarele de iesire.

Fiecare strat de saci este delimitat de un separator care

este preluat de RI din stocatorul de separatoare. Dupa

fiecare stiva terminata, RI aseaza pe converele de iesire un

nou palet preluat din pallet-dispencer. gripperul RI este de

tip Fork-Style folosit pt manipularea sacilor cu materiale

vrac, paleti si separatoare.

Fig.12

1.3 Concluzii

Operatiile de paletizare se pot realiza cu roboti cu arhitectura de tip brat articulat sau respective portal dublu, de uz general cu 5/6 grade de libertate. Pentru cazul RI de tip brat articulat , exista si posibilitatea utilizarii unor RI dedicatii ( cu o conceptie special adaptata realizarii operatiilor de paletizare). Robotii de tip

brat articulat dedicatii pentru operatiile de paletizare au 5 grade de libertate , toate de rotatie , dar include doar 4 axe comandate numeric .

Specificul constructiv al acestor roboti dedicati consta inexistenta 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 indifferent de pozitie unghiulara ale segmentelor bratului articulat. Realizarea unui astfel de sistem presupune utilizarea a doua subsiteme de tip lant cinematic inchis si o constructie

particulara a cuplei care permite realizarea miscarii de orientare de tip pich. Fiecare aplicatie robotizata este comandata de controlere programabile ce permit operatorului uman

introducerea programelor specific pentru fiecare aplicatie in parte. In functie de realizarea specifica a unei aplicatii de paletizare, pentru corelare/ interconditionarea functionarii RI cu restul subsitemelor din aplicatia

robotizata controlerul acestuie trebuie sa poata primi si procesa informatii de la senzori extroreceptivi pentru: comanda conveioarelor de iesire a paletiilor cu stive de produse paletizate,comanda sistemelor de alimentare cu paleti goi.

Page 10: Olteanu Marius

Universitatea Politehnica din Bucuresti Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice

10

Cap2. Analiza comparativa a robotilor industriali similari celui integrat in aplicatie

Robotii de tip brat articulat dedicati pentru operatiile de paletizare au 5 grade de libertate, toate de

roatatie,dar include doar 4 axe comandate numeric.

Pentru miscarile de orientare sunt disponibile grade de libertate 4-5 parametrizate pitch-roll, dar dintre

acestea doar pentru gradul de libertate roll exista un motor propriu de actionare.

Fig. 13 Roboti KukaKR 700 PA si KR 180 R3200 PA

Fig.14 Kuka KR 700PA

Page 11: Olteanu Marius

Universitatea Politehnica din Bucuresti Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice

11

Fig.15 Roboti ABB pentru operatii de paletizare

Fig.16 ABB IRB 6640 Fig. 17 Zona de lucru si dimensiuni

Page 12: Olteanu Marius

Universitatea Politehnica din Bucuresti Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice

12

Fig. 18 Specificatii tehnice

Fig. 19 Robot Okura

Page 13: Olteanu Marius

Universitatea Politehnica din Bucuresti Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice

13

Fig.20 Robot paletizare Fuji

Fig.21 Robot paletizare Fanuc M-420

Fig.22 Robot FANUC M-410

Page 14: Olteanu Marius

Universitatea Politehnica din Bucuresti Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice

14

Cap. 3 Prezentarea aplicatiei realizate

3.1 Prezentarea aplicatie si a robotului tip brat articulat

dedicat operatiei de paletizare

Robotul utilizat pentru aplicatia de paletizare din cadrul proiectului este un produs al firmei ABB,

modelul IRB 660.

Robotul este fixat la sol, are 4 grade de libertate, rezultand astfel 4 motoare electrice de actionare

a cuplelor active.

Atat samblarea robotului si a celulei cat si simularea au fost facute in programul de proiectare

SOLIDWORKS 2012.

End-effectorul robotului este multifunctional de tip Vacuum-Style, care manipuleaza obiecte si

separatoare.

Fig.23 Robot de paletizare ABB IRB 660 asamblat

Page 15: Olteanu Marius

Universitatea Politehnica din Bucuresti Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice

15

Fig.24 Efector de tip VACUUM STYLE

3.2 Operatiile de realizare pentru ansamblul celulei

Page 16: Olteanu Marius

Universitatea Politehnica din Bucuresti Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice

16

Conform imaginilor de mai sus sunt prezentare operatiile de realizare a ansamblului celulei

realizate imbinari de tip concentricite, paralelism, distante si coincidenta

3.3 Prezentarea celulei flexibile de fabricatie din cadrul proiectului

Proiectul realizat prezinta o celula de paletizare ce contine un robot de paletizare, 3

conveioare transversale si unul logitudinal destinat deplasarii paletilor aflati in sistemul de

stocare si distribuire automata a acestora, 3 conveioare longitudinale folosite pentru

transportarea diferitelor obiecte ce urmeaza a fi preluate de robot si puse pe palet. Celula

cuprinde de asemenea un stocator pentru foile despartitoare, un compressor si un s istem de

comanda si control.

Este o celula cu 3 intrari si o iesire.

Page 17: Olteanu Marius

Universitatea Politehnica din Bucuresti Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice

17

Fig.25Vedere izometrica a celulei flexibile de fabricatie

Fig.26Vedere din fata a celulei flexibile de fabricatie

Page 18: Olteanu Marius

Universitatea Politehnica din Bucuresti Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice

18

Fig. 27Vedere de sus a celulei flexibile de fabricatie

3.3 Prezentare elementelor componente ale celulei flexibile de fabricatie

1. Paletul

Aceasta platforma standard din lemn de calitate, este ideala pentru transportarea

produselor de mai multe tipuri, a celor de consum general, a alimentelor proaspete, a

produselor finite, a semiproduselor sau a produselor pentru industria auto.

Reduce riscul de deteriorare a produselor si sporeste stabilitatea

încarcaturii datorita constructiei robuste.

Sporeste productivitatea operationala datorita specificatiei constante –

platforma este adecvata atat utilizarilor în cadrul liniilor de productie cat si in

sistemele de depozitare

Page 19: Olteanu Marius

Universitatea Politehnica din Bucuresti Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice

19

Fig.28 Palet

2. Stocator folii de carton (separatoare)

Are rol de depozitare a separatoarelor.

Fig.29 Stocator folii de carton

3. Conveior

Sunt sisteme de transport transfer.

Are rolul de a transporta paletii de la un post de lucru la altul in cazul nostru de

la stocator la robot, iar de la robot catre iesirea din celula de fabricatie.

Page 20: Olteanu Marius

Universitatea Politehnica din Bucuresti Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice

20

Fig.30 Conveior longitudinal 6M

Fig. 31 Conveior transversal 3M

Fig. 32 Conveior transversal 4M

Page 21: Olteanu Marius

Universitatea Politehnica din Bucuresti Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice

21

3.4 Simularea RI in cadrul celulei flexibile de fabricatie

Simularea celulei cuprinde:

Simularea deplasarii unui palet din sistemul de stocare si distributie automata a paletilor pe

conveiorul longitudinal. Transferul paletului pe unconveior transversal. Paletul se opreste in

postul de lucru destinat, la capatul de cursa al conveiorului transversal.

Simularea robotului ce cuprinde :

- Preluarea obiectelor specifice fiecarui palet si distribuirea acestora pe platform conform

modelului de stivuire stabilit;

- Preluarea unei foi despartitoare si asezarea acesteaia deasupra unui strad de cutii. Revenirea

robotului in punctul zero a acestuia.

Am folosit modulul Solidworks Motion Study pentru realizarea simularii

Realizarea miscarilor se face cu ajutorul motoarelor de tip rotatie si translatie