Download - 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
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
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
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
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
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.
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
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
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.
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
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
Universitatea Politehnica din Bucuresti Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice
12
Fig. 18 Specificatii tehnice
Fig. 19 Robot Okura
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
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
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
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.
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
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
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.
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
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