Aplicatii ale robotilor industriali

In aplicatiile industriale robotii pot manipula scule - caz in care ei fac parte din subsistemul de lucru sau obiecte de lucru - caz in care ei fac parte din subsistemul de manipulare.

Prin obiect de lucru se intelege semifabricatul, piesa, ansamblul, subansamblul, dispozitivul de lucru, scula (neaflata in operatia de prelucrare) etc., care este manipulata in cadrul operatiilor subsistemului de manipulare.

In Tab. 11.1 se prezinta domeniile de aplicatie ale robotilor industriali.

In cazul in care robotul industrial manipuleaza obiecte de lucru, cel mai des intalnit domeniu de utilizare este servirea unor masini / utilaje / instalatii de alimentare / evacuare / dispozitive de lucru.

Prin servire se intelege operatia de introducere a obiectului de lucru in masina / utilajul / instalatia / dispozitivul in care se produce operatia de prelucrare si extragerea lui dupa terminarea prelucrarii.

Definitia de mai sus este valabila atat in cazul in care obiectul de lucru este supus procesului de prelucrare, cat si in cazul in care el este o scula (pe care robotul o extrage din port scula, o introduce in depozitul de scule, extrage alta scula pe care o introduce in port scula), sau un dispozitiv de lucru pe care robotul il introduce intr-un alt dispozitiv.

Operatia de servire robotizata se caracterizeaza prin faptul ca robotul preia obiectul de lucru dintr-un dispozitiv al IA/E, intr-o situare univoc precizata ("post de prezentare"), il depune in dispozitivul de lucru, aflat de asemenea intr-o situare univoc precizata, apoi, dupa un interval de timp, il preia din dispozitivul de lucru si il depune intr-un dispozitiv al IA/E, de fiecare data in situari univoc precizate (in cazul aplicatiilor A1 - A13 si A15 - A18).

In cazul aplicatiei A14, robotul ia parte la procesul de prelucrare, in decursul careia ii confera obiectului de lucru o miscare relativa (succesiuni de situari relative) in raport cu scula utilajului fix.

In toate aplicatiile de servire, miscarea obiectului - intre preluarea dintr-un dispozitiv si depunerea lui intr-altul sau aducerea lui in zona in care miscarea lui relativa fata de scula este prescrisa - poate fi oarecare, singura conditie fiind evitarea coliziunii lui cu alt echipament periferic robotului.

In consecinta, robotul industrial care efectueaza operatii in cadrul aplicatiei de servire poate utiliza un program secvential sau un program punct cu punct (PTP).

Pentru efectuarea partii aplicatiei A14, care se refera la miscarea relativa obiect de lucru / scula, in conformitate cu cerintele procesului tehnologic, se impune conducerea dupa un program multipunct (MP) sau de traiectorie continua (CP).

Tab.11.1

Pentru realizarea deplasarii obiectului de lucru, robotul trebuie sa fie inzestrat cu un dispozitiv de prehensiune ca efector final. Dispozitivul de prehensiune (DP) realizeaza solidarizarea obiectului de lucru cu un element al dispozitivului de ghidare, caruia sistemul mecanic al robotului ii confera miscarea dorita. In majoritatea cazurilor, DP este prevazut cu degete, ale caror bacuri vin in contact cu obiectul de lucru. Pentru obiectele de lucru usoare, care prezinta suprafete plane extinse, se utilizeaza DP cu ventuze cu vid, iar in cazul obiectelor de lucru feromagnetice, DP cu electromagneti.

Flexibilitatea procesului de manipulare in conditiile aplicatiilor de servire se asigura ori prin reprogramarea facila a sistemului de conducere al robotului industrial, ori prin adaptabilitatea usoara a DP la forme geometrice diferite ale obiectelor de lucru. Aceasta adaptabilitate este realizata prin forma speciala a bacurilor (spre exemplu in forma de prisma pentru prinderea unor obiecte cilindrice de diferite dimensiuni), constructia speciala a degetelor (spre exemplu deformabile elastic) sau schimbarea automata a DP, robotul industrial depunand DP pe care nu-l mai foloseste intr-o magazie si preluand automat alt DP din acelasi depozit pentru noua sarcina de manipulare. Adaptarea DP la forma geometrica a obiectului manipulat este deosebit de importanta in cazul aplicatiilor la care forma geometrica a obiectului se modifica mult in decursul operatiei de prelucrare, spre exemplu la deformarea plastica la rece sau la cald.

In cazul cand DP vine in atingere cu obiecte de lucru avand temperaturi ridicate, respectiv patrunde in spatii incalzite (spre exemplu vatra unui cuptor) se iau masuri pentru racirea lui, fie prin imersiune periodica intr-un vas cu lichid de racire fie cu jet de fluid rece.

In timpul aplicatiilor de servire in operatiile de manipulare pot interveni defectiuni care pot fi prevenite automat. Astfel s-ar putea intampla ca DP sa nu prinda sau sa elibereze obiectul de lucru sau ca acesta sa nu se instaleze corect in dispozitiv. Inlaturarea urmarilor acestor defectiuni se poate realiza prin montarea unor senzori tactili in elementele active ale dispozitivelor de lucru / ale IA / E, care sa semnaleze prezenta / absenta, corectitudinea / incorectitudinea instalarii obiectelor.

Presiunea prea mare a bacurilor asupra obiectului de lucru poate duce la deteriorarea suprafetei lui, presiunea prea mica poate conduce la desprinderea obiectului din DP. Senzori de presiune montati in bacuri informeaza sistemul de conducere a robotului despre starea contactului cu obiectul, putand juca si rolul de senzori de prezenta. Informatiile senzoriale prelucrate de sistemul de conducere pot opri operatia de manipulare in caz de defectiune (interblocare) sau pot determina o modificare a parametrilor functionali ai robotului (spre exemplu, cresterea fortei de strangere a degetelor).

Exactitatea si repetabilitatea robotului industrial utilizat in aplicatiile de servire este impusa de precizia de situare a dispozitivelor cu care conlucreaza. Daca aceste dispozitive sunt prevazute cu elemente active care realizeaza corectarea automata a instalarii, pot fi utilizati roboti industriali avand o repetabilitate de pozitionare de 0,5 mm.

Prin "paletizare / depaletizare" se intelege operatia de asezare / scoatere a obiectelor din locasurile depozitelor tip paleta.

Operatia de paletizare / depaletizare robotizata se aseamana cu cea de servire robotizata, deosebirea constand in faptul ca situarea finala a obiectului de lucru la paletizare sau situarea initiala la depaletizare difera de la o faza de operatie la alta. Prin "faza de operatie" se intelege secventa componenta a operatiei aferenta unui obiect de lucru din multimea obiectelor de lucru manipulate. In consecinta, programul de conducere al robotului industrial se necesita a fi unul de suprafata sau de volum. Celelalte cerinte impuse robotului industrial de procesul de manipulare in aplicatii de paletizare / depaletizare sunt similare cu cele impuse in cazul aplicatiilor de servire, cu observatia ca in timpul operatiei de paletizare / depaletizare forma geometrica a obiectului de lucru nu se modifica.

Deseori, operatiile de paletizare / depaletizare, respectiv de servire se combina in procesele de manipulare unitare efectuate de aceiasi roboti.

In cazul operatiilor de servire si / sau de paletizare / depaletizare care se efectueaza in medii dificile (spre exemplu siderurgie, sectoare calde) se utilizeaza si membrii ai "familiei robot" - instalatii de teleoperare.

Prin "montaj" ("asamblare") se intelege operatia de constructie a unui ansamblu prin imbinarea mai multor obiecte de lucru componente. Studiile efectuate au aratat, ca 90% din fazele operatiei de montaj se reduc la introducerea unor obiecte de tip stift in alezaje practicate in obiecte denumite "de baza", de preferinta pe directie verticala si ca sens, de sus in jos. In acest tip de operatie se incadreaza si insurubarea, in care caz stiftul este prevazut ca un filet exterior (devenind "surub") iar alezajul corpului de baza cu un filet interior (devenind "piulita"). In ultimul caz la miscarea relativa amintita mai inainte se adauga o miscare de rotire in jurul axului surubului.

Operatia de montaj robotizat se aseamana cu operatia de servire in cadrul aplicatiei C1. Robotul industrial prevazut cu un DP preia stiftul (sau corpul de baza) dintr-un dispozitiv al IA/E, il deplaseaza cu o miscare impusa de procesul tehnologic pana in apropierea alezajului, dupa care ii impune o miscare relativa care sa realizeze imbinarea ("insertia" stiftului in alezaj). Aceasta parte propriu zisa a operatiei de montaj are o faza de "cautare" a alezajului (stiftului), realizarea coincidentei axelor stiftului cu cea a alezajului si una de introducere a stiftului in alezajul corpului de baza (sau invers) peste care, in cazul insurubarii, se suprapune si miscarea suplimentara de rotatie relativa in jurul axei comune.

In vederea usurarii executiei operatiei de montaj, efectorul final al robotului mai contine in afara DP un dispozitiv de corectie pasiva (de complianta, spre exemplu RCC), care modifica automat pozitia stiftului in raport cu alezajul, ca urmare a actiunii fortelor de contact - sau activa (spre exemplu IRCC), care contine senzori de forta / moment, ale caror semnale permit modificarea adaptiva a programului robotului industrial in vederea usurarii insertiei stiftului in alezaj.

In timpul fazei de montaj propriu-zis, robotul industrial trebuie sa fie condus dupa un program de traiectorie continua.

Pentru operatii de tip insertie a stiftului in alezaj, robotul va fi prevazut cu un DP cu degete, similar cu cele utilizate in operatia de servire. Cum in decursul montajului se manipuleaza in sistemul servit de acelasi robot mai multe tipuri de obiecte, se va prevede posibilitatea schimbarii automate a DP.

Daca efectorul final contine un dispozitiv de corectie, repetabilitatea robotului industrial utilizat in operatia de montaj poate fi intre 0,05 si 0,5 mm.

In Fig. 11.1 - Fig. 11.4 sunt ilustrate domenii de aplicatie in care robotul manipuleaza obiecte de lucru.

Aplicatiile in care robotul manipuleaza o scula activa ("scula purtata") intr-un proces tehnologic au ca si caracteristica faptul, ca obiectul de lucru este instalat intr-un dispozitiv de lucru, de obicei fix.

Operatia tehnologica de prelucrare cu scula purtata de robot are trei faze: apropierea sculei, faza de prelucrare propriu-zisa si indepartarea sculei. Miscarile impuse sculei de catre robot in decursul fazelor de apropiere si indepartare sunt similare celor impuse de robot in cazul operatiilor de servire cu obiectul de lucru. Se impun situarile de inceput si de sfarsit ale sculei, situarile intermediare putand fi oarecare, cu conditia evitarii coliziunilor. In consecinta, programul dupa care se comanda robotul in decursul acestor miscari este ori secvential, ori punct cu punct (PTP). In decursul fazei de prelucrare propriu-zise a obiectului de lucru robotul confera sculei o miscare relativa in raport cu obiectul de lucru, in conformitate cu geometria acestuia si natura procesului tehnologic. Ca urmare, programul prin care se comanda robotul in aceasta faza este un program multipunct (MP) - in cazul in care nu se impun conditii deosebite de precizie in executia acestor miscari (spre exemplu aplicatiile D1, D2, F1, K), sau de traiectorie continua (CP) - in cazul cand precizia acestor miscari trebuie sa fie mai mare.

In cazul aplicatiilor in discutie, efectorul final al robotului este constituit dintr-o "scula". Se intelege prin "scula" un mijloc de productie care, in decursul procesului tehnologic actioneaza asupra formei geometrice sau calitatii (inclusiv superficiale) a obiectului de lucru.

Sculele purtate de robot in aplicatiile din domeniile D - L se caracterizeaza prin forma geometrica a suprafetelor active (prin care vin in contact cu obiectul de lucru) si prin dispozitivele care asigura aportul suplimentar de materiale si energie necesara efectuarii prelucrarii. In cazul in care aportul de energie suplimentar cauzeaza o miscare relativa a unei parti a sculei in raport cu interfata mecanica prin care scula este legata de ultimul element al dispozitivului de ghidare al robotului, se vorbeste de faptul ca robotul manipuleaza un cap de forta cu scula.

In timpul operatiilor robotizate de prelucrare cu scule purtate se necesita reglarea / ascutirea / curatirea periodica a sculelor. In acest scop, in componenta sistemului de fabricatie robotizat se vor prevede posturi de lucru automate care permit executarea operatiilor amintite, cuprinse in ciclogramele de lucru ale sistemului si in programele de comanda aferente.

Aplicatiile in care robotul manipuleaza scule necesita informatii senzoriale legate de prezenta / absenta / situarea obiectului de lucru, forma sa geometrica reala. Spre exemplu, la sudarea robotizata cu arc in mediu de gaz protector informatiile respective se preleveaza cu ajutorul unor "senzori de rost", interactiunea dintre scula si obiectul de lucru la operatia de debavurare se preleveaza folosind senzori de forta - moment, functionarea corecta a sculei (incalzire, existenta aportului de gaz sau de lichid de racire) sunt semnalizate prin intermediul termometrelor, a traductoarelor de gaz, etc.

Flexibilitatea robotului in aplicatiile in care acesta manipuleaza scule este asigurata prin reprogramare, respectiv prin posibilitatea schimbarii efectorului final, inclusiv automat, robotul conlucrand in acest caz cu un depozit automat de scule / capete de forta cu scule.

Sistemele de fabricatie in care robotul executa operatii tehnologice cu scule purtate pot cuprinde si instalatii aducatoare / de evacuare cu dispozitive de transfer si roboti de manipulare a obiectelor si dispozitivelor de lucru in operatii de "servire".

Se prezinta in continuare domenii de aplicatie in care robotul manipuleaza scule.

Destuparea manuala a canalului de turnare la furnale este o operatie cu un inalt grad de dificultate fizica si periculoasa pentru integritatea operatorului uman care executa operatia. El poate fi inlocuit de o instalatie de teleoperare, care manipuleaza un ciocan de perforat actionat pneumatic (un cap de forta), cu care operatia de destupare se realizeaza prin lovituri mecanice.

O alta operatie dificila, intr-un mediu daunator sanatati umane, este confectionarea formelor de turnatorie. Unele dintre ele nu se pot executa prin vibrare si necesita indesarea pamantului de turnare prin batere. Aceasta operatie poate fi executata de robot (instalatii de teleoperare), care manipuleaza un cap de forta cu scula de indesare (de "batere") actionata pneumatic.

Demaselotarea si curatirea pieselor turnate, debavurarea si polizarea pieselor turnate, forjate sau prelucrate prin aschiere se realizeaza folosind scule adecvate, actionate prin capete de forta manipulate de roboti. Dificultatea operatiei consta in geometria neregulata, imprevizibila a obiectelor de lucru supuse prelucrarii. Se folosesc instalatii de teleoperare cu reactie de forta / moment sau roboti industriali condusi adaptiv, pe baza informatiilor furnizate de senzori de forta / moment. Sculele utilizate in operatiile de demaselotare si debavurare sunt de regula scule aschietoare in forma de freza disc, deget sau profilata, respectiv disc abraziv. Operatia de curatare a turnatelor se mai poate executa si cu ajutorul unor scule de tip dalta, actionate prin capete de forta pneumatice, care le confera o miscare de translatie alternativa. Pentru curatire se mai folosesc perii de sarma rotative, polizare cu scule disc abrazive iar pentru lustruire, perii disc din pasla.

In Fig. 11.5 se prezinta un post de lucru de debavurare robotizata.

In cazul aplicatiilor amintite trebuie luate masuri speciale pentru impiedicarea transmiterii vibratiilor de la scula la sistemul mecanic al robotului. Acest lucru se poate realiza prin introducerea unui cuplaj cu amortizare la nivelul interfetei mecanice efector final - dispozitiv de ghidare.

Curatirea obiectelor de lucru turnate, respectiv pregatirea suprafetelor obiectelor in vederea acoperirii se poate face prin sablare. Praful degajat in timpul operatiei efectuata manual, afecteaza sanatatea operatorului uman. Inlocuirea operatorului poate fi facuta prin manipularea capetelor de forta de sablare cu ajutorul unei instalatii de teleoperare.

Repetabilitatea robotilor utilizatii in aplicatiile amintite mai sus poate avea ordinul de 1 2 mm, cu exceptia celor utilizate la debavurarea prin prelucrare de aschiere a pieselor, cand se necesita valori ale acestui indicator de precizie de ordinul a 0,05 mm.

Domeniul de aplicatie in care robotizarea a patruns cel mai mult este sudarea.

Sudarea prin presiune in puncte utilizeaza ca efector final al robotului un cleste de sudare, al carui electrozi sunt presati pe componentele de tabla care urmeaza a fi asamblate. Circuitul electric se inchide prin electrozi si componentele de sudat, topind local metalul si formand sudura "in punct".

In Fig. 11.6 se prezinta trei variante de amplasare a transformatorului: separat (suspendat), pe robot sau inglobat in cleste.

Robotul trebuie sa pozitioneze electrozii in punctul de sudura de executat si sa orienteze axa comuna a acestora, normala pe suprafetele componentelor de tabla.

Transferul clestilor de la un punct de sudura la altul poate fi realizat dupa un program punct cu punct (PTP).

Dispozitivul de ghidare al robotului de sudare prin presiune in puncte trebuie sa aiba cel putin 5 grade de mobilitate, sa asigure acceleratii mari la trecerea de la un punct la altul iar mecanismul generator de traiectorie trebuie sa asigure realizarea unui spatiu de lucru mare.

Sistemul de fabricatie in care exista un post de sudare prin presiune in puncte trebuie sa contina si un post de corectare (prin frezare) a formei geometrice a electrodului.

In Fig. 11.7 este ilustrat un post de lucru robotizat in care se efectueaza sudarea in puncte a unor usi de autocamioane. Repetabilitatea robotilor utilizati pentru sudare prin presiune in puncte este cuprinsa intre 0,5 1 mm.

In cazul in care robotul executa operatia de sudare cu arc in mediu de gaz protector, efectorul final este un cap de sudare (Fig. 11.8). El consta dintr-o piesa tubulara, manipulata de robot, care conduce centric electrodul in forma de sarma. In spatiul dintre electrod si tub se scurge gazul protector (CO₂ sau un gaz inert).

Arcul electric, format intre electrod si subansamblul de sudat, topeste electrodul si metalul topit il umpla rostul de sudare. Sarma de adaus inainteaza datorita unui dispozitiv de avans montat pe robot iar gazul protector este alimentat dintr-un recipient tip butelie. Obiectul de lucru - subansamblul de sudat - este instalat intr-un dispozitiv de lucru, montat la randul sau pe un dispozitiv al IA/E - o masa de pozitionare-orientare (Fig. 11.9) - care aduce obiectul de lucru in situarea cea mai favorabila in raport cu robotul (astfel ca suprafata topiturii sa fie orizontala).

Robotul trebuie sa pozitioneze capul de sudare cu varful electrodului in axul rostului de sudare, axa capului de sudare avand o anumita inclinare fata de acesta, apoi sa il deplaseze in lungul rostului. In cazul in care se necesita umplerea cu metal topit a unui rost de sectiune mare, capului de sudare i se mai comunica de catre robot si o miscare suplimentara de "tesere", in directie perpendiculara pe axa rostului.

Executarea operatiei de sudare cu arc in mediu de gaz protector impune pentru sistemul de comanda al robotului un program de traiectorie continua (CP).

Sistemul de sudare robotizat (Fig. 11.10) va contine si un post de curatire a capului de sudare (pentru taierea capului electrodului, indepartarea prin frezare a stropilor de metal solidificat, improscarea cu lichid impotriva depunerii de stropituri).

Cum robotul poate repeta doar miscarile programate, pregatirea de lacatuserie a subansamblului ar trebui sa asigure o precizie ridicata a componentelor care urmeaza sa fie asamblate prin sudare, pentru ca rostul de sudare sa aiba mereu aceeasi situare pentru fiecare obiect de lucru. Pentru evitarea cheltuielilor suplimentare cauzate de o pregatire de lacatuserie de precizie mare, robotul utilizat in aplicatiile de sudare cu arc in mediu de gaz protector se inzestreaza cu senzor pentru gasirea capatului de rost (tactil sau vizual) si cu senzor de rost (tactil, prin arc - se urmareste la "tesere" variatia caderii de tensiune pe arc in functie de distanta pana la marginea rostului - cu fascicul laser, vizual).

Repetabilitatea robotilor utilizati pentru operatii de sudare cu arc trebuie sa fie de 0,05 0,5 mm. Utilizarea senzorilor de rost reduce cerintele exactitatii de repetabilitate. Lipirea poate fi realizata cu material nemetalic sau metalic.

In cazul operatiilor de lipire cu material nemetalic, scula manipulata de robot este un cap de lipire tubular, care depune un fluid in stare vascoasa in zona de contact dintre componentele care urmeaza sa fie asamblate prin lipire. Materialul fluid vascos ajunge la capul de lipire dintr-un recipient in care se gaseste sub presiune.

In cazul operatiei de lipire cu material metalic, capul de lipire conduce un electrod de metal cu un avans determinat de procesul de lipire, care se topeste fie datorita efectului Joule produs de curentul electric care il strabate, fie in contact cu un " ciocan de lipit" continut in cap, care se incalzeste tot electric. Metalul topit al electrodului este depus pe conturul sau in punctul unde trebuie sa se produca lipirea.

La executia operatiei de lipire, robotul se comanda cu un program de traiectorie continua (CP).

Repetabilitatea robotilor de lipire cu fluid vascos poate fi de 1 2 mm, iar a celor cu electrod metalic - utilizati spre exemplu in montajele electronice - de 0,01 0,05 mm.

Metalizarea robotizata se realizeaza folosindu-se un cap de lucru in forma de pistol. Electrodul metalic, cu avans automat in functie de procesul de metalizare, este topit in pistol prin efectul Joule al curentului electric cu care este alimentata scula. Un jet de aer comprimat expulzeaza metalul topit, care se depune pe obiectul de lucru de metalizat. Robotul este condus dupa un program multipunct (MP). Repetabilitatea necesara este de 0,5 1mm.

Robotii industriali utilizati in operatii de acoperire a suprafetelor prin vopsire, manipuleaza scule de tip "pistol". Acestea contin o duza prin care realizeaza pulverizarea vopselei lichide sau imprastierea vopselei sub forma de pulbere. Pulverizarea se realizeaza fie sub actiunea unui jet de aer comprimat, fie sub presiunea care se exercita asupra suprafetei lichidului aflat intr-un rezervor din care se alimenteaza pistolul (procedeul "airless"). In acelasi rezervor se realizeaza la nevoie si preincalzirea vopselei.

Imprastierea vopselei sub forma de pulbere se realizeaza cu ajutorul aerului comprimat. In cazul vopsirii electrostatice, pistolul este legat la un pol al unei surse de curent iar obiectul vopsit la celalalt. Ca urmare, particulele de vopsea se incarca electrostatic si sunt atrase de obiect, ale carei suprafete - chiar "ascunse" - se acopera uniform.

Sistemul robotizat de vopsire trebuie sa contina un dispozitiv automat de curatire a pistolului, cu functionarea inclusa in ciclul de functionare al robotului. In cazul in care robotul trebuie sa vopseasca cu vopsele de diferite culori / calitati, el va fi prevazut cu un dispozitiv de schimbare automata a efectorului final, care va conlucra cu un depozit de scule (pistoale) amplasate in periferia robotului.

Comanda robotilor de vopsire se face prin programe multipunct (MP) sau de traiectorie continua (CP).

Programarea "on-line" a robotilor de vopsire se poate realiza prin "conducere directa", cand operatorul uman manipuleaza pistolul de vopsire fixat de ultimul element al dispozitivului de ghidare al robotului. Se executa operatia de vopsire de programat iar miscarile relative ale elementelor cuplelor cinematice conducatoare ale dispozitivului de ghidare ale robotului - avand elementele de actionare decuplate - se memoreaza in forma semnalelor emise de traductoare. In cazul conducerii directe, robotul trebuie sa admita o forta de programare de intensitate redusa si aproximativ constanta in tot spatiul de lucru.

O alta posibilitate de programare "on-line" utilizeaza un lant cinematic de instruire, de care este fixat pistolul, care este manipulat de operatorul uman. Lantul cinematic de instruire este identic din punct de vedere structural si al dimensiunilor elementelor cu dispozitivul de ghidare al robotului. In timpul instruirii robotului, pentru executarea unei operatii de vopsire date, traductoarele de deplasare din cuplele cinematice ale lantului de instruire emit semnale memorate de sistemul de conducere al robotului. In faza operationala - pe baza programului invatat - sistemul de actionare va impune elementelor cuplelor cinematice conducatoare ale dispozitivului de ghidare al robotului miscari relative similare cu cele executate de elementele cuplelor cinematice omoloage ale lantului cinematic de instruire. Avantajul programarii folosind lant cinematic de instruire consta in efortul mai mic solicitat operatorului uman si din acest motiv el va avea posibilitatea efectuarii mai corecte a operatiei de vopsire.

In componenta sistemului de acoperire robotizata mai intra o instalatie aducatoare / de evacuare, cu miscarile dispozitivelor fata de care robotul isi sincronizeaza propriile miscari, un "cuptor de uscare / coacere" a stratului de acoperire si uneori, o "cabina de vopsire". Aceasta cabina izoleaza spatiul de lucru al robotului si este prevazut cu o instalatie de exhaustare a norului de vopsea nedepus pe obiecte. Este de dorit utilizarea unor senzori de existenta pentru sesizarea prezentei obiectului de vopsit in spatiul de lucru al robotului. Semnalele acestor senzori declanseaza / opresc procesul de vopsire, adaptand instalatia robotizata la fluxul de material concret.

Robotii utilizati in procesele de vopsire trebuie sa aiba exactitatea de repetabilitate de 1 3 mm.

Evitarea erorilor de "urmarirea coltului" si de viteza, asigura constanta grosimii stratului de vopsea depusa.

In Fig. 11.11 se prezinta o instalatie de vopsire robotizata.

Prelucrarea prin aschiere a unor obiecte cu ajutorul unor scule purtate de robot se utilizeaza in cazul obiectelor de dimensiuni mari, care nu pot fi montate in dispozitivele de lucru ale masinilor unelte (spre exemplu, subansamble componente ale corpului avioanelor, caroserii de autovehicule aflate pe linia de montaj, etc.). De obicei este vorba de efectuarea unor operatii de gaurire sau frezare, sculele de aschiere corespunzatoare fiind actionate de capete de forta manipulate ca efectori finali de catre robot. Ciclul de lucru al robotului cuprinde in acest caz, ca faze distincte, deplasarile capului de forta la / de la zona de executie a operatiei de prelucrare, care se poate realiza printr-un program punct cu punct (PTP) si deplasari in timpul procesului de prelucrare, dupa un program de traiectorie continua (CP). Senzori de forta - moment controleaza desfasurarea procesului de aschiere. Robotul trebuie sa aiba o exactitate de repetabilitate de 0,01 0,05 mm.

In Fig. 11.12 se prezinta prelucrarea cu scula purtata a unei componente de avion, robotul deplasand scula in lungul unui sablon.

Eficiente tehnico-economice deosebite prezinta robotizarea proceselor de prelucrare prin tehnologii neconventionale: cu fascicul laser sau cu jet de apa de inalta presiune.

Cu ajutorul fasciculului laser se pot efectua operatii de sudare, de taiere si de tratament termic superficial de precizie, cu influentarea minimala a structurii metalului din zona de prelucrat. Scula manipulata de robot este in acest caz un cap laser (Fig. 11.13), continand un sistem optic, care asigura concentrarea puterii fasciculului pe o suprafata mica a obiectului.

Fasciculul laser este condus de la sursa la capul de lucru printr-un cablu cu fibre optice (pentru sursa YAG cu lungimea de unda de 1,06 mm), prin grupuri de oglinzi (pentru sursa cu CO₂ cu lungimea de unda de 10,6 mm), sau direct, cand robotul manipuleaza si sursa laser (de putere mica).

In cazul conducerii prin intermediul unui grup de oglinzi, acestea se instaleaza in conductori articulati, amplasati in interiorul dispozitivului de ghidare al robotului (Fig. 11.14), sau in exterior, constituind un lant cinematic legat de extremitatile dispozitivul de ghidare al robotului.

Comanda robotilor care realizeaza prelucrari cu fascicul laser se realizeaza de obicei cu programe de traiectorie continua (CP), ei trebuind sa aiba o exactitate de repetabilitate de 0,005 0,01mm.

Cu ajutorul jetului de apa cu inalta presiune se pot efectua operatii de taiere - decupare, fara influentarea termica a metalului sau a materialului plastic din care este confectionat obiectul de lucru. Prelucrarea cu jet de apa cu inalta presiune poate inlocui economicos operatia de stantare, nefiind nevoie de stante si putandu-se executa orice faza a procesului tehnologic.

Scula purtata de robot este in acest caz un cap cu duza. Procesul de decupare se realizeaza prin efectul de eroziune a jetului de apa cu inalta presiune. Pentru intensificarea acestui efect, apei i se adauga particule abrazive.

Conducerea robotului se realizeaza dupa un program de traiectorie continua (CP). Se necesita roboti cu exactitate de repetabilitate de 0,005 0,05 mm.

Robotii utilizati in operatii de masurare, control de calitate, testare si inspectie, manipuleaza ca si scule capete de lucru, care realizeaza operatiile respective in diferite zone ale obiectului de lucru. Constructia capetelor de lucru in cauza este adecvata tipului de operatie de realizat.

In cazul operatiilor de masurare se utilizeaza ca si capete de lucru, asa numitele "instrumente de zero". Extremitatea palpatorului instrumentului este deplasat de catre robot intr-un punct, care teoretic ar trebui sa se gaseasca pe suprafata obiectului de masurat, iar axa palpatorului, normala pe aceasta suprafata. Reactiunea de contact din pozitia reala a punctului palpat va deplasa palpatorul. Aceasta deplasare este in functie de eroarea de pozitie dupa normala la suprafata obiectului.

Deseori, operatiile de control de calitate si inspectie se realizeaza cu ajutorul unor capete de lucru echipate cu senzori video (metode "ochi in mana").

In Fig. 11.15 se prezinta un cap de inspectie cu senzori video, purtat de robot pentru controlul calitatii suprafetei, pe care un alt cap purtat de acelasi robot depune un strat de etansare sub forma de fluid vascos (care se autolipeste).

Comanda robotilor utilizati in operatii de masurare, control de calitate, testare si inspectie se realizeaza dupa programe "punct cu punct" (PTP) in cazul in care zonele de masurat / controlat / testat / inspectat sunt amplasate izolat sau pe "traiectorie continua" (CP) daca aceste zone prezinta o continuitate in lungul unei linii. Exactitatea de repetabilitate a robotilor utilizati in asemenea aplicatii trebuie sa fie corelata cu exactitatea masuratorilor care urmeaza a fi efectuate.

In ultimul deceniu s-au inmultit aplicatiile robotilor in activitati de prelucrare / manipulare in "camere curate", deci in incinte in care puritatea aerului respecta anumite prescriptii normate. Asemenea "camere curate" contin de exemplu echipamentele si utilajele pentru procese tehnologice de fabricare a componentelor electronice.

Principala conditie pe care trebuie sa o indeplineasca robotii care lucreaza in "camere curate" este sa nu emita in timpul functionarii particule care sa polueze mediul camerei. Sistemul mecanic si de actionare a robotilor pentru operatii de "camera curata" contin in structura elementelor lor incinte inchise, care "incapsuleaza" toate sursele care emit particule (spre exemplu zonele de contact ale cuplelor cinematice). Aerul din aceste incinte este exhaustat in timpul functionarii robotului si evacuat din "camera curate".

Conceperea si realizarea aplicatiilor industriale ale robotilor prezinta unele particularitati. In legatura cu aplicatiile robotice S. Nof a formulat trei legi [NOF 92]:

robotii trebuie sa continue inlocuirea oamenilor in munci periculoase (de aceasta beneficiaza toti);

robotii trebuie sa continue inlocuirea oamenilor in munci pe care ei nu vor sa le execute (si de aceasta beneficiaza toti);

robotii ar trebui sa inlocuiasca oamenii in munci pe care le pot executa mai economicos (aceasta la inceput va dezavantaja pe unii, dar in final va fi in avantajul tuturor, ca si in cazul primelor doua legi).

Proiectul "Hindsight" al Fortelor Aeriene ale SUA stabileau in 1968 ca pentru succesul robotizarii sunt necesare urmatoarele trei conditii [NOF 92]:

1. sa existe o necesitate clar perceputa;
2. sa fie disponibile tehnologii adecvate si practicieni competenti;
3. sa existe un suport financiar adecvat.

Dupa J. Engelberger, in 1961 cei de la firma UNIMATION "aveau o solutie (robotul UNIMATE)" si cautau o "problema (aplicatia)". De fapt, firma respectiva a inceput sa aiba beneficii doar dupa 1968 [ENG 89].

Ch. F. Carter, jr. [NOF 92] este de parere ca activitatile de fabricatie s-au automatizat - robotizat atunci cand:

1. energia necesara sau mediul inconjurator depaseste posibilitatile de suportare ale operatorului uman;
2. priceperea necesara pentru a produce ceva util depaseste capacitatile operatorului uman;
3. cererea pentru produs este atat de mare incat exista o motivatie pentru cautarea unor modalitati de fabricatie mai bune.

In numeroase tari principala dificultate in dezvoltarea robotizarii a constituit-o si o constituie si astazi faptul ca fabricatia este o activitate foarte conservatoare, care nu se schimba usor. De fapt, tot ce se executa de catre robot poate fi executat si de catre operatorul uman si patronii firmelor ezita sa utilizeze roboti, pana cand concurenta nu o face, chiar daca cheltuielile de fabricatie utilizand operatori umani sunt mai mari decat cele rezultate in cazul folosirii robotilor.

La cele de mai sus se adauga faptul, ca in mod normal patronii firmelor nu iau hotarari de inlocuire a unor operatori umani cu robot / roboti, decat in cazul in care costul de operare al robotului este mai mic decat costul de operare al unui operator uman.

In Fig. 11.16 se prezinta variatia in timp a costurilor de operare in SUA pentru operatori umani, respectiv roboti.

Se observa ca utilizarea robotilor in SUA devine rentabila din acest punct de vedere abia din prima jumatate al anilor 1970, dupa introducerea sistemelor de comanda bazate pe microprocesoare ieftine, respectiv dupa cresterea accentuata a costului manoperei, datorita inflatiei.

Ca urmare a caracterului restrictiv al raportului cost de operare robot / manopera subunitar, in tarile cu forta de munca ieftina - cum este Romania - introducerea robotizarii este aproape imposibila din acest punct de vedere. Ori, ramanerea in urma in introducerea robotizarii condamna la randul ei industria acestor tari la stagnare din punct de vedere tehnic, deci perpetuarea nivelului scazut al costului manoperei si astfel, mentinerea unui nivel de trai scazut.

Daca in anii 1970, introducerea / neintroducerea automatizarii bazate pe roboti in SUA a fost determinata de costuri, intreprinderile trebuind sa devina mai productive, aparitia pietei globale in anii 1980 a deplasat interesul de la cresterea productivitatii, la satisfacerea cerintelor consumatorilor in conditiile unei concurente globale. Acest lucru presupune produse de calitate, de mare varietate, imbunatatiri frecvente, aparitia unor modele noi, deci flexibilitate. Cele de mai sus nu se pot asigura decat prin utilizarea pe scara larga a robotilor.

Concluzia exprimata arata, ca daca tarile cu manopera ieftina vor sa concureze cu produsele lor pe piata globala, ele nu vor putea face acest lucru decat utilizand automatizarea bazata pe roboti, chiar daca aceasta cerinta nu este justificata din punctul de vedere al raportului cost operare robot / cost manopera.

Cele de mai sus pledeaza pentru automatizare flexibila, folosind roboti si in Romania.

In continuare se prezinta concluziile publicatiei World Robotics - 2003 al International Federation of Robotics [WOR 03] privind aplicatiile robotilor industriali.

Una din cele mai raspandite aplicatii, in care se utilizeaza roboti industriali, este sudarea (Fig. 11.17 a). Robotii sudeaza caroserii de masini de exemplu, un robot nu va uita niciodata un punct de sudura si are aceleasi performante pe toata durata unei zile de lucru. Aprox. 25% din toti robotii industriali sunt utilizati in aplicatii de sudare.

Asamblarea ocupa aproximativ 33% din numarul de aplicatii ale robotilor industriali pe o plan mondial. Multi din acesti roboti sunt utilizati in industria de automobile (Fig. 11.17 b) si in industria electronica.

Ambalarea/ paletizarea (Fig. 11.18 a) este inca o aplicatie cu o arie restransa pentru robotii industriali, atribuita doar pentru 2,8% din aplicatii (1997 - WOR 03). Acest gen de aplicatii este de asteptat sa creasca deoarece robotilor le este mai usor sa manipuleze.

Industria alimentara este un domeniu unde se asteapta ca pe viitor robotii sa joace un rol important. In figura se prezinta robotul FANUC Washdown Type (A-520i) special construit pentru a manipula alimente (Fig. 11.18 b)..

In domeniul BioRoboticii, Australia a dezvoltat un sistem de micropropagare a plantelor (Fig. 11.19). Procesul demareaza prin culegerea unei plante, taierea ei in segmente in apropierea fiecarui nod, si replantarea segmentelor astfel ca sa creasca o noua planta.

  Utilizarea robotilor industriali in inmultirea puietilor [WOR 03]