Przy wykorzystaniu robotów przemysłowych

Podobne dokumenty
Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn i Mechatroniki, Politechnika Lubelska, ul. Nadbystrzycka 36, Lublin, Polska, h.debski@pollub.

Analiza wytrzymałościowa 5 rodzajów kształtowników

ANALIZA WYTRZYMAŁOŚCI WYSIĘGNIKA ŻURAWIA TD50H

NUMERYCZNO-DOŚWIADCZALNA ANALIZA DRGAŃ WYSIĘGNICY KOPARKI WIELOCZERPAKOWEJ KOŁOWEJ

Projekt Laboratorium MES

ANALIZA WYTRZYMAŁOŚCIOWA KOŁA CZERPAKOWEGO KOPARKI W WARUNKACH ZAŁOŻONEJ WYDAJNOŚCI. 1. Wprowadzenie

Rys. 1. Obudowa zmechanizowana Glinik 15/32 Poz [1]: 1 stropnica, 2 stojaki, 3 spągnica

ANSYS - NARZĘDZIEM DO WSPOMAGANIA PROJEKTOWANIA OBUDÓW ŚCIANOWYCH W FABRYCE FAZOS S.A.

ANALIZA NUMERYCZNA MES WYBRANYCH ROZWIĄZAŃ KONSTRUKCYJNYCH ŚCIAN BOCZNYCH KABIN DŹWIGÓW OSOBOWYCH

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

ZASTOSOWANIE METOD OPTYMALIZACJI W DOBORZE CECH GEOMETRYCZNYCH KARBU ODCIĄŻAJĄCEGO

SYSTEMY MES W MECHANICE

PORÓWNANIE POSTACI KONSTRUKCYJNYCH KOŁA ZABIERAKOWEGO POJAZDÓW KOPARKI WIELONACZYNIOWEJ. 1. Wprowadzenie obiekt badań

JHJ Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością

Informacje ogólne. ABS ESP ASR Wspomaganie układu kierowniczego Aktywne zawieszenie Inteligentne światła Inteligentne wycieraczki

Analiza stanu przemieszczenia oraz wymiarowanie grupy pali

PRACA DYPLOMOWA INŻYNIERSKA

Roboty przemysłowe. Cz. II

Dodatkowe tematy prac dyplomowych magisterskich, realizacja semestr: letni 2018 kierunek AiR

OPTYMALIZACJA ZBIORNIKA NA GAZ PŁYNNY LPG

Modelowanie w projektowaniu maszyn i procesów cz.5

Wyłączenie redukcji parametrów wytrzymałościowych ma zastosowanie w następujących sytuacjach:

Analiza stateczności zbocza

ĆWICZENIE Nr 1. Laboratorium CAD/MES. Przedmiot: Modelowanie właściwości materiałów. Opracował: dr inż. Hubert Dębski

Projektowanie systemów zrobotyzowanych

MK-Tech, Michał Kowalski, ul. Katowicka 37/1, Poznań, tel./fax NIP: , REGON:

MODEL 3D MCAD LEKKIEGO SAMOLOTU SPORTOWEGO, JAKO ŹRÓDŁO GEOMETRII DLA ANALIZY WYTRZYMAŁOŚCIOWEJ MES OBIEKTU

ANALIZA WYTRZYMAŁOŚCIOWA BĘBNA PĘDNEGO 4L-5000

Jan Kowalski Sprawozdanie z przedmiotu Wspomaganie Komputerowe w Projektowaniu

Analiza fundamentu na mikropalach

Tematy prac dyplomowych magisterskich, realizacja semestr: letni 2018 kierunek AiR

KOMPUTEROWE MODELOWANIE I OBLICZENIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE ZBIORNIKÓW NA GAZ PŁYNNY LPG

I. Temat ćwiczenia: Definiowanie zagadnienia fizycznie nieliniowego omówienie modułu Property

Badania przemysłowe przekładni organu urabiającego kombajnu chodnikowego. Autorzy: mgr inż. Radomir Miczyński, inż. Karol Gągałka

Przypadek praktyczny: Grupo Familia Automatyczny magazyn samonośny dla Grupo Familia zrealizowany w Kolumbii przez Mecalux

POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH Wydział Mechaniczny Technologiczny PRACA DYPLOMOWA MAGISTERSKA

Weryfikacja numerycznej symulacji przewracania autobusu według regulaminu 66 EKG ONZ

Perspektywy rozwoju konstrukcji ram wózków pojazdów szynowych przy zachowaniu obecnych standardów bezpieczeństwa

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Mechatronika Studia pierwszego stopnia. Wytrzymałość materiałów Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy Kod przedmiotu:

Determination of stresses and strains using the FEM in the chassis car during the impact.

Spis treści. Przedmowa 11

Osiadanie kołowego fundamentu zbiornika

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki PROBLEMY ZWIĄZANE Z OCENĄ STANU TECHNICZNEGO PRZEWODÓW STALOWYCH WYSOKICH KOMINÓW ŻELBETOWYCH

Spis treści Przedmowa

BADANIA WIRTUALNE MODELU PODPORY ZESTAWU MOSTOWEGO

Przypadek praktyczny: Mega Pharma Mega Pharma w technologicznej czołówce dzięki automatycznemu magazynowi samonośnemu firmy Mecalux

ZWIĘKSZENIE NOŚNOŚCI ŁOŻYSK WIELKOGABARYTOWYCH METODĄ KOREKCJI BIEŻNI. 1. Wstęp. Tadeusz Smolnicki*, Grzegorz Przybyłek*, Mariusz Stańco*

Obszary sprężyste (bez możliwości uplastycznienia)

POLITECHNIKA POZNAŃSKA. Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania MECHATRONIKA. Profile dyplomowania Konstrukcje Mechatroniczne

Usprawnij swoją produkcję

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 4

Informacje ogólne. ABS ESP ASR Wspomaganie układu kierowniczego Aktywne zawieszenie Inteligentne światła Inteligentne wycieraczki

ANALIZA MES WYTRZYMAŁOŚCI ELEMENTÓW POMPY ŁOPATKOWEJ PODWÓJNEGO DZIAŁANIA

NUMERYCZNE OBLICZENIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE STOŁU ADAPTACYJNEGO DO PRASY

Symulacja Analiza_rama

Przypadek praktyczny: Special Dog Automatyczny magazyn samonośny dla firmy Special Dog

PL B1. Manipulator równoległy trójramienny o zamkniętym łańcuchu kinematycznym typu Delta, o trzech stopniach swobody

BADANIE ZJAWISK PRZEMIESZCZANIA WSTRZĄSOWEGO

Tematy prac dyplomowych magisterskich realizacja semestr Letni 2017 kierunek AiR

Wpływ robotyzacji na konkurencyjność polskich przedsiębiorstw. Krzysztof Łapiński. Warszawa, 20 września 2016 r. Świat

ROBOT PRZEMYSŁOWY W DOJU KRÓW

Metoda elementów skończonych

PRACA DYPLOMOWA MAGISTERSKA

Wybieranie ramy pomocniczej i mocowania. Opis. Zalecenia

WERYFIKACJA WYTRZYMAŁOŚCI KONSTRUKCJI KABINY ANTENOWEJ JEDNOSTKI JAT-122

Innowacyjne rozwiązania!

Prowadnice teleskopowe

ANALIZA PRZYCZYN PĘKNIĘĆ W REJONIE POŁĄCZENIA DYSZLA SKRĘTNEGO Z DŹWIGAREM GĄSIENICOWYM POJAZDU PODAWARKI

MODELOWANIE ZA POMOCĄ MES Analiza statyczna ustrojów powierzchniowych

Cysterny. Informacje ogólne na temat samochodów cystern. Konstrukcja PGRT. Nadwozia typu cysterna uważane są za bardzo sztywne skrętnie.

OPTYMALIZACJA KONSTRUKCJI WZMOCNIEŃ ELEMENTÓW NOŚNYCH MASZYN I URZĄDZEŃ

PROJEKT TECHNICZNY MECHANIZMU CHWYTAKA TYPU P-(O-O-O)

Cysterny. Informacje ogólne na temat samochodów cystern. Konstrukcja. Nadwozia typu cysterna uważane są za bardzo sztywne skrętnie.

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

PROJEKT SPORTOWEGO WÓZKA INWALIDZKIEGO

ĆWICZENIE Nr 2 i 3. Laboratorium CAD/MES. Przedmiot: Modelowanie właściwości materiałów. Opracował: dr inż. Hubert Dębski

System szaf VX25. Dokumentacja techniczna Obciążalność

Blacha trapezowa T- KARTA PRODUKTU

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Mechatronika Studia pierwszego stopnia. Wytrzymałość materiałów Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy Kod przedmiotu:

Modelowanie układów prętowych

9. PODSTAWY TEORII PLASTYCZNOŚCI

A R T Y KU ŁY P R O B L E M O W E. Mgr inż. Maciej Szeląg, Wydział Budownictwa i Architektury, Katedra Budownictwa Ogólnego, Politechnika Lubelska

Temat: Analiza odporności blach trapezowych i rąbka dachowego na obciążenie równomierne

ROBOTY AUTOMATYZACJA PRODUKCJI

Poziom Nazwa przedmiotu Wymiar ECTS

Blacha trapezowa T- KARTA PRODUKTU

Blacha trapezowa T- KARTA PRODUKTU

Blacha trapezowa T- KARTA PRODUKTU

Pierwsze komputery, np. ENIAC w 1946r. Obliczenia dotyczyły obiektów: o bardzo prostych geometriach (najczęściej modelowanych jako jednowymiarowe)

Projektowanie elementów z tworzyw sztucznych

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN. Ćwiczenie D - 4. Zastosowanie teoretycznej analizy modalnej w dynamice maszyn

Politechnika Śląska. Katedra Wytrzymałości Materiałów i Metod Komputerowych Mechaniki. Praca dyplomowa inżynierska. Wydział Mechaniczny Technologiczny

Zakład Konstrukcji Spawanych

Przypadek praktyczny: Euréquip W pełni automatyczny zakład produkcyjny francuskiego producenta mebli

Wózek wysokiego unoszenia z obrotnicą do beczek DS 500/1490 E nośność 500 kg, wysokość unoszenia 1490 mm

Profile zimnogięte. Typu Z i C

Zadanie 1 Zadanie 2 tylko Zadanie 3

Podstawy robotyki - opis przedmiotu

Roboty przemysłowe. Wprowadzenie

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Transkrypt:

Modelowanie elementów systemów zrobotyzowanych Projekt chwytaka przemysłowego robota paletyzującego Coraz częściej spotykaną formą automatyzacji w zakładach produkcyjnych jest robotyzacja procesu paletyzacji. Zautomatyzowany proces paletyzacji może być wykonywany za pomocą różnych urządzeń, od prostych suwnic poprzez paletyzatory, aż po roboty przemysłowe. Ostatnie z nich są przykładem zastosowania najnowszych technologii w przemyśle i dają wiele nowych możliwości. Marek Chodurski Przy wykorzystaniu robotów przemysłowych szczególnie ważna jest duża elastyczność zrobotyzowanego gniazda paletyzacji, dzięki której, bez ingerencji w mechanikę, a jedynie za pomocą zmian programowych, można modyfikować wzory układane na palecie, ilość warstw produktu i wiele innych parametrów. Istotne jest w tym przypadku prawidłowe skonstruowanie elementów wykonawczych współpracujących z robotem. W niniejszym opracowaniu skupiono się na jedynym z najważniejszych elementów, który ma bezpośredni kontakt z produktem, czyli na chwytaku. Jako przykład przedstawiono chwytak firmy Wikpol, który jest specjalnym rozwiązaniem głowicy robota czteroosiowego (Rys. 1). Konstrukcja powstała na potrzeby linii paletyzacji 50-kilogramowych worków z cukrem. W pierwszym etapie projektowania powstała koncepcja zasady działania głowicy, która miała spełniać określone wcześniej wymagania, takie jak: wydajność procesu paletyzacji, wzory ułożenia worków na palecie oraz dodatkowe funkcje m.in. układanie przekładów papierowych i pobieranie pustych palet. Wymienione kryteria zostały spełnione za pomocą chwytaka, którego Rys. 1 Głowica manipulacyjna firmy Wikpol 38 Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie styczeń-luty 2016 www.konstrukcjeinzynierskie.pl

Projektowanie Rys. 2 Schemat zasady współpracy elementów chwytaka paletyzującego: 1 - głowica mocująca, 2 - rama nośna, 3 - rama ruchoma, 4 - widły chwytaka, 5 - docisk górny, 6 - docisk boczny, 7 worek; [2] zasada działania opiera się na pobieraniu dwóch worków jednocześnie, za pomocą wideł. Widły są niezależnie rozsuwane i mają możliwość niezależnego ruchu: góra-dół, dzięki czemu worki mogą być pobierane po dwa jednocześnie, a odkładane osobno. Takie podejście zwiększa wydajność układu, ale komplikuje konstrukcję chwytaka. W celu zobrazowania zasady działania głowicy tworzy się schemat koncepcji (Rys. 2). Podstawowymi elementami chwytaka są [2]: 1. Głowica mocująca zadaniem tej części jest zamocowanie urządzenia do kiści robota. Stanowi ona element mocujący dla ramy nośnej. 2. Rama nośna jest elementem konstrukcyjnym, który odpowiada za sztywność całej konstrukcji, mocowane są do niej pozostałe części, wchodzące w skład głowicy. 3. Rama ruchoma jest elementem najbardziej skomplikowanym i jednocześnie mającym najwięcej dołączonych części ruchomych. Przemieszcza się liniowo w kierunku pionowym i jest prowadzona przez trzy punkty podparcia w postaci rolek. Ruch ramy wykorzystywany jest do obniżenia położenia wideł w przypadku dokładania worka do częściowo ułożonej warstwy. Części tej ramy pozwalają na ruch wideł w poziomie. Rama ruchoma stanowi również miejsce mocowania dla części docisku bocznego oraz górnego. 4. Widły chwytaka wykonują ruch liniowy w poziomie, który połączony z ruchami manipulatora pozwala na wsunięcie zębów wideł pod worek, leżący na przenośniku rolkowym i uchwycenie go. Rozstaw i szerokość zębów są dostosowane do luk między rolkami, na których leżą worki gotowe do uniesienia. W trakcie transportu bezpośrednio na widłach spoczywa obciążenie. 5. Docisk górny jest to układ z siłownikiem zamontowany w ramie ruchomej, który przy użyciu odpowiedniego docisku, przytrzymuje worek od góry i w ten sposób blokuje mu możliwość przemieszczania się podczas manipulacji. 6. Docisk boczny ten podzespół, złożony z siłownika i elementu dociskowego, jest w stanie dosunąć worki do siebie, aby po odłożeniu ściślej wypełniły przestrzeń palety i jednocześnie ogranicza możliwość ruchu ładunku podczas wykonywania manipulacji przez robota. Na podstawie opracowanej koncepcji wykonano projekt mechaniczny urządzenia. Model bryłowy chwytaka został przedstawiony na rysunku 3. W tym przypadku elementy nośne zostały zaprojektowane ze stali konstrukcyjnej o zwykłej jakości, głównie w postaci kształtowników zamkniętych i zimnogiętych blach. Do napędu elementów ruchomych konstrukcji zastosowano siłowniki pneumatyczne. Projekt uwzględnił również dodatkową funkcję głowicy, czyli pobieranie przekładów papierowych układanych pomiędzy warstwy worków na palecie. Ta funkcjonalność jest realizowana poprzez automatycznie rozkładane ramiona z przyssawkami pobierającymi przekładki. Rys. 3 Widok izometryczny modelu bryłowego chwytaka robota paletyzującego Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie styczeń-luty 2016 www.konstrukcjeinzynierskie.pl 39

Rys. 4 Model głowicy z naniesioną siatką elementów skończonych [3] Spełnienie przez konstrukcję założonych w koncepcji zasad działania i funkcjonalności nie jest równoznaczne z optymalnym zaprojektowaniem chwytaka. Pozostaje bardzo istotne zagadnienie związane z redukcją masy własnej konstrukcji przy zapewnieniu jej odpowiedniej sztywności i wytrzymałości [4]. Te cechy chwytaka są kluczowe ze względu na ograniczoną nośność robota oraz możliwość uzyskania maksymalnej prędkości i przyspieszeń podczas ruchów roboczych. W omawianym przypadku chwytak przeznaczony jest do współpracy z czteroosiowym robotem przemysłowym Fanuc o nośności 315 kg. Oznacza to, że do przenoszenia dwóch worków o łącznej masie 100 kg maksymalna masa własna chwytaka nie może przekraczać 215 kg. W pierwotnym projekcie masa chwytaka była zbliżona do granicznej wartości. Praca robota na granicy nośności nie jest jednak wskazana, ze względu na żywotność napędów i zmniejszenie wydajności pracy przez konieczność redukcji zarówno prędkości, jak i przyspieszeń na poszczególnych osiach robota. Z tego względu w kolejnym kroku projektowania niezbędnym było przeanalizowanie konstrukcji pod względem możliwości redukcji masy własnej. Taka analiza ma na celu odnalezienie mało wytężonych miejsc konstrukcji, które można poddać zmianie geometrii zmniejszającej masę. Badania przeprowadzono metodą elementów skończonych. Podczas przygotowywania modelu do analizy z góry założono, że największą uwagę należy poświecić ramie nośnej, która ma duży potencjał do redukcji masy. W zawiązku z tym pozostałe elementy w miarę możliwości zostały zastąpione masą skupioną lub gęstością nadaną innym elementom, dzięki czemu nie powodowały niepotrzebnego powiększania modelu numerycznego, a ich masa była uwzględniona w obliczeniach. Model z naniesioną siatką elementów skończonych został przedstawiony na rysunku 4. Poprawne przeprowadzenie numerycznej analizy wytrzymałościowej ramy nośnej opiera się na właściwym zasymulowaniu warunków pracy głowicy paletyzującej. Uzyskanie zbieżności wyników w omawianej analizie utrudnia rozmiar modeli geometrycznych oraz zagadnienia kontaktowe, jakie mają miejsce pomiędzy ramą nośną a ramą ruchomą. Obciążenie modelu numerycznego zawierało w sobie masę własną chwytaka i transportowanego ładunku oraz obciążenie dynamiczne, wynikające z ruchów manipulacyjnych robota. Pozostałe warunki brzegowe i interakcje ujęte w analizie to między innymi przytwierdzenie chwytaka do kiści robota i odpowiednie zamocowanie części składowych głowicy względem siebie. Do obliczeń zastosowano materiały, których charakterystyki są w całym zakresie obciążenia liniowo-sprężyste, ze 40 Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie styczeń-luty 2016 www.konstrukcjeinzynierskie.pl

Projektowanie Rys. 5 Wyniki symulacji w postaci mapy naprężeń zredukowanych [3] względu na fakt, że podczas eksploatacji głowicy nie dochodzi w jej konstrukcji do odkształceń trwałych, co uprościło obliczenia, ale nie miało istotnego wpływu na wyniki [3]. Na rysunku 5 przedstawiono mapę naprężeń zredukowanych, wyznaczonych według hipotezy wytrzymałościowej Hubera Misesa Hencky ego, która obrazuje wytężenie konstrukcji podczas maksymalnego obciążenia, występującego w trakcie zatrzymania awaryjnego robota [1, 5]. Ogólny poziom naprężenia zredukowanego dla elementów głowicy, poza lokalnymi spiętrzeniami, nie przekracza przyjętej granicy plastyczności Re = 235 MPa. Otrzymane wyniki wskazują miejsca konstrukcji o małym wytężeniu, których geometrię można zmodyfikować tak, aby zmniejszyć masę własną chwytaka. Jednocześnie, dzięki przeprowadzonemu badaniu określono miejsca konstrukcji, w których może dojść do odkształceń plastycznych, a tym samym wymagają one wzmocnienia. Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie styczeń-luty 2016 www.konstrukcjeinzynierskie.pl 41

Rys. 6 Wyniki symulacji w postaci mapy przemieszczeń węzłowych [3] Na rysunku 6 zobrazowano mapę przemieszczeń węzłowych, które maksymalnie wynoszą 20 mm. Uzyskana wartość jest stosunkowo duża, ale należy zaznaczyć, że sytuacja taka zdarza się tylko przy obciążeniach występujących podczas awaryjnego zatrzymania robota, czyli sporadycznie i nie występuje podczas ciągłej pracy urządzenia. Mimo to przyjęto, że podczas wprowadzania zmian konstrukcyjnych należy podjąć próbę zmniejszenia maksymalnego przemieszczenia, ponieważ może ono skutkować niedokładnością przy pobieraniu lub odkładaniu produktu. Na podstawie przeprowadzonych symulacji zaproponowano zmiany w budowie konstrukcji nośnej chwytaka. Polegały one na rezygnacji z dzielenia konstrukcji na ramę nośną i głowicę mocującą, wzmocnieniu wytężonych obszarów i znacznym przebudowaniu konstrukcji prowadzenia ram ruchomych. Proponowane zmiany skutkują zmniejszeniem masy chwytaka do poziomu, który jest satysfakcjonujący pod względem nośności zastosowanego robota. Wypracowany w ten sposób projekt zmian konstrukcyjnych, choć w znacznej mierze zoptymalizowany, wciąż ma potencjał do rozbudowy o nowe modyfikacje zmniejszające masę. Szczególnie ze względu na to, że dotychczasowe zmiany polegały jedynie na modyfikacji geometrii konstrukcji. Zmianie może zostać poddany również materiał, z którego wykonywana jest głowica. Rozwój urządzenia i kolejne modernizacje, które mogą być wprowadzane, powinny opierać się na zastosowaniu nowoczesnych materiałów inżynierskich, takich jak kompozyty i tworzywa sztuczne. Marek Chodurski WIKPOL Sp. z o.o. Bibliografia: [1] Budzyński A.: Krótki wstęp do zastosowania metody elementów skończonych (MES) do numerycznych obliczeń inżynierskich, GM View, 2006 [2] Chodurski M.: Numeryczna analiza wytrzymałościowa ramy nośnej głowicy chwytaka robota (niepublikowana praca magisterska), Politechnika Lubelska, 2012 [3] Chodurski M., Dębski H., Samborski S., Teter A.: Numeryczna analiza wytrzymałości ramy nośnej uniwersalnej głowicy robota paletyzującego, Eksploatacja i Niezawodność, 3.2015 [4] Guo-Qiang Li, Jin-Jun Li: Advanced Analysis and Design of Steel Frames. John Wiley & Sons Ltd., 2007 [5] Rusiński E., Czmochowski J., Smolnicki T.: Zaawansowana metoda elementów skończonych w konstrukcjach nośnych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2000 42 Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie styczeń-luty 2016 www.konstrukcjeinzynierskie.pl