visan

ROBOTIZAREA PROCESELOR DE SUDARE - CURS ANUL I MASTER - INGINERIA SISTEMELOR INTEGRATE DE FABRICAIE (ISIF)

1. ROBOTUL INDUSTRIALNoiunea de robot era asociat, pn la apariia roboilor industriali, doar cu unele jucrii interesante sau aparate electrocasnice cu grad mai mare sau mai mic de inteligen. Robotul industrial (RI) a devenit instrumentul principal n multe aplicaii ale tehnologiei informaiei (IT). Combinnd roboii automai, inclusiv cei reprogramabili flexibil, cu industria IT rezult dezvoltarea unor noi procese. Roboii industriali (RI) sunt componente ale unor sisteme logistice mai eficiente n lanul de producie, asigurnd soluii optimizate de mare randament. n prezent Robotul Industrial este un ajutor instruit i asculttor" al omului n diverse domenii, contient" s-i fac operaiile programate ct mai bine, cantitativ i calitativ. Robotul Industrial este destinat automatizrii flexibile a proceselor de producie, nlocuind operatorul uman n operaiile desfurate n medii nocive i periculoase, n activitile dificile, obositoare prin efort, monotonie sau acolo unde fora de munc specializat i calificat este deficitar.

1.1. Scurt istoric al roboticiiCuvntul Robotic" a fost prima dat utilizat de scriitorul Isaac Asimov [A21 ], el desemnnd astfel tiina despre roboi". Denumirea de Robotic a fost ulterior acceptat de specialitii acestui domeniu nou, cu rapid dezvoltare a tiinelor tehnice. n literatur se definete Robotica drept domeniul de tiin tehnic, avnd ca obiect general cercetarea automatizrii interaciunii omului cu mediul n care triete. n acest sens, Roboticii i aparin preocuprile cu privire la concepia, construcia i utilizarea roboilor, a diferitelor sisteme, maini, dispozitive, care conlucreaz fr intervenia continu ale omului, fiind utilizate la producerea de bunuri materiale i prestarea unor servicii, nglobnd i preocuprile legate de senzori i inteligen artificial. Principalele ramuri ale roboticii pot fi redate sugestiv n tabelul 1:Tabelul 1Concepia Roboilor Fabricaia Utilizarea Sisteme Maini Care lucreaz fr intervenia continu sau pe perioade prescrise ale omului. Utilizate n producia de materiale i/sau prestri de servicii. Instalaii Dispozitive Senzori Programare Inteligen artificial- Microsisteme

Robotica

1


Robotica este prin definiie o tiin multidisciplinar, la constituirea creia concur Teoria sistemelor, Fizica, Mecanica, Teoria mecanismelor, Electronica, Automatica, tiina calculatoarelor, Informatica, Tehnologia, Ingineria industrial i Logistica. Dup dou secole de la apariia primelor automate i roboi androizi, adevrata dezvoltare a roboticii ncepe n anii '50, cnd o serie de universiti americane au demarat cercetri n acest domeniu. Pe lng definirea unor concepte eseniale n robotica modern, acum au loc i primele abordri ale rezolvrii unor aspecte industriale [E1], ncepnd cu manipularea unor obiecte grele sau fierbini i terminnd cu deservirea mainilor unelte. Primele aplicaii industriale ale roboilor la automatizarea flexibil a proceselor de sudare dateaz din anul 1965. Nu muli ani mai trziu, n 1968 are loc la uzinele din Lordstown ale companiei GMC o premier: este pus n funciune prima linie automat de sudare n puncte a caroseriei modelului Chevrolet VEGA. Primele aplicaii industriale ale roboilor de sudare cu arcul electric dateaz din 19711972, cnd exista deja o tradiie n domeniul sudrii robotizate prin presiune n puncte. Apariia relativ trzie a roboilor utilizai la sudarea cu arcul electric s-a datorat n principal exigenelor n ceea ce privete performanele robotului. Dac la sudarea prin presiune n puncte micarea pe care trebuie s o asigure robotul este discontinu, sacadat, roboii pentru sudarea cu arcul electric trebuie s asigure o deplasare continu, cu viteza variabil n limite largi precum i o poziionare precis a capului de sudare fa de linia mbinrii (rostul de sudare). Realizarea, dup 1980, a unor roboi cu precizie ridicat, cu controlul micrii traiectoriei a fcut s creasc ponderea aplicaiilor de sudare cu arcul electric [**9,**10]. n acest deceniu, mai ales pe baza dezvoltrii tehnicii de calcul, roboii s-au perfecionat continuu, ajungnd la performane deosebite, n condiiile n care preul lor a sczut considerabil [**8]. Apoi aceast perfecionare s-a oprit, cercetrile intrnd ntr-un alt domeniu, cel al adaptivitii i al senzorilor, necesari pentru o implementare industrial cu costuri de fabricaie sczute. n anii '90, majoritatea perfecionrilor aduse automatelor i roboilor de sudare au vizat dezvoltarea posibilitilor de prelucrare a pieselor i a componentelor cu tolerane uzuale, apelnd la senzori i adaptivitate, la logica fuzzy" i la elemente de inteligen artificial.

1.2. Definiia robotuluiFondatorul firmei UNIMATION, Joseph Engelberger referindu-se la noiunea de robot, spunea: Nu tiu ce este un robot, dar pot s spun cnd vd unul". Cuvntul robot i are originea n limba ceh robota" care nseamn munc. Conform definiiei din dicionarul enciclopedic, el reprezint un aparat automat al crui program conine un sistem complex cu legturi inverse (reacie) stabilite la anumite semnale exterioare, fiind capabil de aciuni dirijate i controlate. Definiia dup norma francez NF 61-100:2


Robotul este un mecanism de manipulare automat, aservit n poziie, reprogramabil, polivalent, capabil s poziioneze i s orienteze materiale, unelte sau dispozitive specializate, n timpul unor micri variabile i programate, destinat unor sarcini variate. Definiia dup norma german VDI2801: Roboii industriali sunt automate mobile universale, cu mai multe axe, ale cror micri sunt liber programate pe traiectorii sau unghiuri ntr-o anumit succesiune a micrilor i n anumite cazuri comandate prin senzori. Ele pot fi echipate cu dispozitive de prehensiune, scule sau alte mijloace de fabricaie i pot ndeplini activiti de manipulare sau tehnologice. Definiia dup norma rus GOST 25685: Robotul industrial este o main automat, staionar sau deplasabil constnd din dispozitivul de execuie, avnd mai multe grade de libertate i din dispozitivul reprogramabil de comand dup program pentru ndeplinirea n procesul de producie a funciilor motoare i de comand. Definiia dup norma japonez JISB 0134-1986: Robotul industrial este un sistem mecanic dotat cu funciile motoare flexibile analoage ale organismelor vii sau combinaiile acestora cu funcii inteligente, sisteme care acioneaz corespunztor voinei omului. n contextul acestei ultime definiii prin funcii inteligente se nelege capacitatea sistemului de a executa cel puin una din urmtoarele aciuni: judecat, recunoatere, adaptare sau nvare. Roboii industriali - RI - sunt destinai automatizrii flexibile a proceselor de producie n vederea nlocuirii operatorului uman, care desfoar activiti dificile, obositoare prin efort, monotone, n sectoare deficitare n for de munc specializat i calificat.

1.3. Clasificarea roboilor industrialiCriteriile de clasificare a roboilor industriali conform Organizaiei Internaionale de Standardizare (ISO) sunt: Sursa principal de putere pentru acionare: a. pneumatic; b. hidraulic; c. electric. Comanda micrilor: a. comand punct cu punct (PTP) cu sau fr comand de vitez, continu sau discontinu; b. comand pe traiectorie continu (CP). Metode de programare:3


a. prin nvare direct; b. prin generare de traiectorie; c. prin telecomand; d. off-line. Tipurile de senzori folosii: a. detectori de poziie; b. senzori avnd o logic liniar simpl; c. senzori generatori de semnale proporionale cu abaterea. Asociaia Francez de Robotic Industrial (AFRI) propune clasificarea roboilor industriali n patru clase: - Manipulatoare cu comand sau telemanipulatoare; - Manipulatoare automate cu cicluri prereglate pneumatice, electrice sau electronice; - Roboi programabili controlai n bucla de poziie, cu traiectorie continu sau deplasare punct cu punct; - Roboi inteligeni, avnd senzori care exclud logica binar simpl i ndeplinesc diferite sarcini cu ajutorul sistemelor de recunoatere a formelor. O alt clasificare a RI are drept criteriu tipul gradelor de mobilitate folosite, rotaie R sau translaie T, pentru poziionarea dispozitivului executor n spaiul de lucru. Prin combinarea celor dou tipuri de grade de mobilitate se obin diferite structuri ale RI n urmtoarele combinaii: - TTT - RI n coordonate carteziene; - RTT - RI n coordonate cilindrice; - RRT - RI n coordonate sferice (polare); - RRR - RI articulai. O decizie important pe care trebuie s-o ia proiectantul de RI const n stabilirea numrului de elemente T i R. La aceast alegere trebuie inut cont de anumite dezavantaje ale translaiei fa de rotaie: - apariia la viteze mici a fenomenului stick- slip; - raportul cursa util/lungime total dezavantajos pentru curse mici; - dificulti tehnologice de execuie. Pentru a elimina primul dezavantaj se folosesc soluii de transformare a frecrii de alunecare n frecare de rostogolire. n cazul n care motorul de acionare este rotativ, pentru transformarea micrii de rotaie n micare de translaie se folosesc cuple elicoidale cu elemente intermediare de rostogolire. Cel de-al doilea dezavantaj impune folosirea gradelor de mobilitate prin translaie pentru cursele mari. Celelalte dou dezavantaje se elimin printr-o tehnologie de execuie atent urmrit. Pentru a uura procesul de programare, sistemul de comand al roboilor articulai permite conversia coordonatelor proprii n coordonate cilindrice sau carteziene. n continuare, se vor prezenta o serie de clasificri ale RI, conform unor standarde cunoscute [J3]. n tabelul 2 se prezint propunerea de clasificare a RI fcut de AFNOR.4


Tabelul 2Criteriul de clasificare Sursa principal de energie 1. cu acionare pneumatic 2. cu acionare hidraulic 3. cu acionare electric 1. cu comand punct cu punct (PTP) - comanda mecanic punct cu punct (discontinu) - comanda continu punct cu punct - comanda punct cu punct bazat pe comanda vitezei 2. cu comanda continu (pe traiectorie) CP 1. cu programare cu secven variabil i reglaj mecanic al poziiilor pe diferite axe; 2. cu programare prin nvare: - nvare prin conducerea normal a braului robotului (nvare direct) - nvare prin conducerea unui dispozitiv de simulare (prin generare de traiectorie); - nvare prin utilizarea unei uniti de programare comandat manual (prin - telecomand 3. cu programare exterioar (off-line): - programare explicit sau analitic; - - programare prin definirea obiectivului. 1. Fr senzori 2. Cu sesizare binar (DA-NU) (on-off) 3. Cu sesizare adaptiv (continu) 4. Cu sesizare adaptiv multipl Clasificarea RI

Sistemul de comand al micrilor

Metode de programare

Tipul interaciunii senzoriale

Standardele GOST 25685-85 i ST CAER 5334-85 clasific roboii industriali dup nou criterii (tabelul 3).Tabelul 3Criteriul de clasificare Specializare Clasificarea roboilor industriali 1. Speciali 2. Specializai 3. Universali 1. Ultrauori (< 1 kg) 2. Uori (1 ... 10 kg) 3. Medii (10 ... 200 kg) 4. Grei (200 ... 1000 kg) 5. Supergrei (> 1000 kg) 2; 3; 4; mai mult de 4 1. Staionari 2. Mobili 1. Pe sol 2. Suspendai 3. ncorporai 1. Carteziene 2. Cilindrice 3. Sferice 4. Unghiulare 5. Alte sisteme 5

Capacitate de ncrcare nominal

Nr. gradelor de mobilitate Posibilitatea deplasrii Modul de instalare la locul de munc

Sistemul de coordonate


Tipul acionrii

1. Cu acionare electro-mecanic 2. Cu acionare hidraulic 3. Cu acionare pneumatic 4. Cu acionare combinat 1. Cu comand dup program: - cu comanda ciclului - cu comanda punct cu punct - cu comanda pe traiectorie 2. Cu comand adaptiv: - cu comanda punct cu punct - cu comanda pe traiectorie 1. Prin nvare 2. Cu programare analitic

Tipul comenzii

Modul de programare

Standardul japonez JIS B 0134-1986 d o clasificare la care asociaz i un cod (tabelul 4)Tabelul 4Criteriul de clasificare Cod 1110 1120 2004 2005 Clasificare general 1130 1140 1150 1151 1152 1153 1121 Sistemul de comand 1212 1221 1222 1301 Mecanismul de acionare 1302 (sistem de coordonate) 1303 1304 Clasificarea roboilor industriali Telemanipulator. Robot cu comand secvenial. Robot cu secven fix (echivalent cu manipulator cu secven fix). Robot cu secven variabil (echivalent cu robotul industrial cu comanda dup programul cicluluiGOST 25685-85). Robot de redare (programabil prin nvare direct). Robot cu comand numeric. Robot inteligent. Robot cu comand prin senzori. Robot cu comand adaptiv. Robot cu comand prin nvare. Robot cu servocomand. Robot cu alt tip de comand. Robot cu comand continu pe traiectorie (CP). Robot cu comand punct cu punct (PTP). Robot cu coordonate rectangulare (carteziene). Robot cu coordonate cilindrice. Robot cu coordonate polare (sferice). Robot articulat (cu coordonate unghiulare).

6


n tabelul 5 este prezentat sinteza clasificrilor luate n considerare *T6+.Tabelul 5Criterii de clasificare ROBOTI INDUSTRIALI

Operatii

Tehnologica

Auxiliari (ridicare-transport)

Universali

Specializare

Specializati

Dedicati

Polifunctionali

Utilizare

Sudare

Deservire prese

Prelucrari mecanice

Prelucrari termice

Acoperiri

Control automat

Montaj

Manipulare

Arc electric

Puncte

Taiere oxigaz

Taiere plasma

Coordonate de baza

Carteziene

Polare

Unghiulare

Plani

Spatiali

Plani

Cilindrici

Sferici

Portanta

Utrausori

visan

Documents