DCSR proiect

7/30/2019 DCSR proiect

1/21

Facultatea: Constructii de Masini

Specializarea: Roboti Industriali

Disciplina: Robotizarea Fabricatiei

Grupa: 1542

PROIECT

D.C.S.R.

Student: Hunyadi Norbert


2/21

Cuprins

Cuprins.................................................................................................................................................21.Specificatiile de proiect.....................................................................................................................32.Selectarea variantei constructive potrivite.........................................................................................4

2.1 Conceperea produsului si ierarhizarea cerintelor exprimate de catre client...............................4

2.2Alegerea unei variante constructive............................................................................................63.Planificarea performantei produsului................................................................................................8

4.Dezvoltarea conceptului gripperului.................................................................................................9

4.1 Functiile gripperului:.................................................................................................................94.3 Piesele componente:.................................................................................................................11

4.4 Analiza modurilor posibil de defectare....................................................................................165Calcul de dimensionare al cilindrilor pneumatici.............................................................................16

5.1 Cilindrii pneumatici .................................................................................................................165.2 Calculul eforturilor de mpingere i de retragere ale tijei unui cilindru ..................................18

6.Analiza cu element finit...................................................................................................................19

Concluzii.............................................................................................................................................20Bibliografie.........................................................................................................................................21

Anexa 1 Analiza modurilor posibile de defectare(FMEA)

Anexa 2 Desene 2D/3D ale gripperului

Figura 1. Obiectul de manipulat...........................................................................................................3

Figura 2. Varianta constructiva cu ventuza..........................................................................................4Figura 3. Varianta constructiva cu actionare electrica........................................................................5

Figura 4. Varianta constructiva cu actionare pneumatica....................................................................5

Figura 5. Rezultatele obtinute dupa aplicarea metodei AHP...............................................................6Figura 6. Rezultatele obtinute dupa aplicarea metodei Pugh...............................................................7

Figura 7. Rezultatele obtinute dupa aplicarea metodei QFD faza I...................................................8Figura 8. Rezultatele obtinute dupa aplicarea metodei QFD faza II...............................................10

Figura 9. Rezultatele obtinute dupa aplicarea metodei QFD faza III..............................................11

Figura 10. Rezultatele obtinute dupa aplicarea metodei QFD - faza IV............................................14Figura 11. Analiza cu element finit....................................................................................................19

Tabel 1. Rezolvarea conflictelor folosing TRIZ...................................................................................9Tabel 2. Ingineria valorii....................................................................................................................15

Tabel 3. Graficul valorii.....................................................................................................................15


3/21

1.Specificatiile de proiect

Tema proiectului de semestru la disciplina Dezvoltarea competitive a Sistemelor Robotice esteproiectarea unui gripper care sa poata manipula un sac de ciment (Figura 1.1).

Figura 1. Obiectul de manipulat

Pentru aceasta va trebui sa urmam o serie de etape:

Conceperea produsului: elaborarea a 3 variante constructive pentru gripper pn la nivel de

lan uri cinematice. Descrierea avantajelor i dezavantajelor tipului de mecanism n raport cu alte tipuri de mecanisme. Ierarhizarea cerinelor de calitate cu metoda AHP. Selecia celei

mai bune variante din cele 3 propuse utiliznd metoda Pugh.

Detalierea lanului cinematic pn la nivel de piese componente pentru varianta selectat

Ierarhizarea cerinelor exprimate de ctre clieni: se utilizeaz metoda AHP.

Selectarea soluiei pe baza unui algoritm sistematic: se utilizeaz metoda Pugh pentru

analiza celor trei variante propuse.

Planificarea performanei produsului: se aplic metoda QFD faza I pentru planificarea

cerinele clienilor i a caracteristici tehnice de performan. Se vor evidenia caracteristiciletehnice, unitile de msur asociate lor i se vor stabili direciile de optimizare a acestor

caracteristici.

Formularea obiectivelor tehnice i economice: se vor stabilii valori int pentru fiecare

caracteristic tehnic n parte.

Analiza calitativ a soluiei propuse : Se vor formula o serie de recomandri de

mbuntire.

Identificarea vectorilor de inovaie: se aplic TRIZ pentru soluionarea corelaiilor negative

(conflictelor) dintre caracteristicile tehnice.

Planificarea funciilor: se aplic QFD faza II pentru planificarea caracteristicilor tehnice ia funciilor.

Dezvoltarea conceptului gripper-ului:


4/21

Analiza modulelor: se aplic QFD faza III pentru planificarea funciilor, a modulelor i

interfeelor.

Detalierea conceptului pn la nivel de piese componente:

Analiza valorii la nivel de piese componente: se aplic QFD faza IV pentru planificareamodulelor i a pieselor componente.

Realizarea calculelor: calcul de dimensionare organologic i optimizare geometric, calcul

cinematic i calcul de rezisten (ex. calculul forei de strngere, calculul forei de acionare,dimensionarea principalelor elemente componente, calcularea, selectarea i integrarea

senzorilor).

Analiza modurilor posibile de defectare: se folosete metoda FMEA care va fi aplicat pe

soluia propus.

Elaborarea desenului de ansamblu

2.Selectarea variantei constructive potrivite

2.1 Conceperea produsului si ierarhizarea cerintelorexprimate de catre client

Aceasta prima etapa presupune elaborarea a trei variante constructive (Figurile 2-4), cele trei

variante pe care am considerat eu ca ar satisfice cerintele pentru realizarea manipularii sacului de

ciment sunt urmatoarele:

gripper cu ventuza(Figura 2.), dar pentru aceasta varianta ar fi nevoie ca sacul sa fie din

nailon. Se foloseste o singura ventuza dar de marime aproximativ egala cu latimea sacului.La aceasta varianta este mai mare probabilitatea de a deteriora sacul. Dezavantajul ar fi cadupa alegerea marimii ventuzei, daca marimea sacilor variaza mult gripperul nu va fi capabil

sa prinda obiectul.

Figura 2. Varianta constructiva cu ventuza

gripper cu mai multe degete(Figura 3.), actionate de un singur motor(electrocilindru),

folosind un mecanism cu roata dintata si cremaliera ca miscarea sa fie transmisa pentruambele brate. Dezavantajul la aceasta solutie este pretul ridicat al elecrocilindrilor si

complexitatea structurii. Avanajele ar fi: nu necesita echipament de producere aercomprimat, precizie sporita in reglarea pozitiei, intretinere minima, posibilitati reduse de

defectare, daca este curent, sistemul functioneaza, nu exista probleme cauzate de scurgerea

de aer


5/21

Figura 3. Varianta constructiva cu actionare electrica

gripper cu mai multe degete(Figura 4.), actionate de doua cilindrii pneumatici, printre

avantajele acestei variante ar fi ca distanta dintre brate se poate modifica, manual depinde ce

marime are produsul care trebuie manipulate, economicitatea solutiei de actionare,simplitatea schemelor de comanda-reglaj , pericol redus de accidente, intretinere usoara si

nepoluarea mediului. Dezavantaje: aparitia unor socuri mecanice la capetele curselorpistoanelor cilindrilor pneumatici, producerea unor zgomote.

Figura 4. Varianta constructiva cu actionare pneumatica


6/21

Pentru a ierarhiza cerintele clientilor vom utiliza metoda AHP(Figura 5.), care ne arata care

din cele 15 cerinte exprimate sunt cele mai importante, carora trebuie sa acordam o importantaridicata in alegerea variantei constructive adecvate si in proiectarea gripperului.

Figura 5. Rezultatele obtinute dupa aplicarea metodei AHP

2.2 Alegerea unei variante constructive

Pentru alegerea variantei care satisfice cel mai bine cerintele clientului vom utiliza metodaPugh(Figura 6.). In aceasta metoda se evalueaza cat de mult satisfice fiecare varianta constructiva

de gripper criteriile clientului, prin --, -, O, +, ++. Unde semnul ++ inseamna ca

satisface cel mai bine cerinta respectiva. Prin aplicarea acestei metode se va vedea ce efectepositive si negative au variantele constructive, iar in final este calculat pentru fiecare gripper

effectul net.


7/21

Figura 6. Rezultatele obtinute dupa aplicarea metodei Pugh


8/21

Pe baza rezultatelor am ales varianta cu actionare cu cilindrii pneumatici. Aceasta varianta

avand cel mai mare efect net 54,9% in timp ce varianta cu actionare cu un singur motor are 21,7%,iar varianta cu ventuza -0,9%

3.Planificarea performantei produsului

Aceasta etapa se realizeaza cu ajutorul metodei QFD faza I(Figura 7.) pentru a planifica

cerintele clientilor si a caracteristicilor tehnice de performanta. In aceasta etapa se vor evideniacaracteristicile tehnice, unitatile de masura asociate lor si se vor stabili directiile de optimizare a

acestor caracteristici.

Figura 7. Rezultatele obtinute dupa aplicarea metodei QFD faza I


9/21


10/21

Mentinerea obiectului in cazul opririi de siguranta

Asigurarea stabilitatii in miscare

Protectia produsului manipulat

Vom aplica QFD faza II(Figura 8.) pentru a realiza planificarea functiilor

gripperului(figura).Prin aceasta metoda vom afla importanta fiecarei functii raportat la caracteristicile tehnice

ale gripperului astfel vom stii care dintre functii sunt mai importante.

Figura 8. Rezultatele obtinute dupa aplicarea metodei QFD faza II


11/21

Pe baza acestor functii trebuie elaborata lista de module componente a gripperului.

4.2 Modulele Modul de actionare;

Modul senzoric;

Modul de siguranta;

Modul de interfata cu robotul;

Se realizeaza analiza modulelor prin metoda QFD faza III(Figura 9.) pentru a vedea

legatura intre functiile si modulele gripperului si ca sa aflam importanta fiecarui modul.

Figura 9. Rezultatele obtinute dupa aplicarea metodei QFD faza III

4.3 Piesele componente:Modul senzoric:

Sensor magnetic tip Reed, pentru a identifica pozitia tijelor

Senzor optic, pentru a detecta prezenta obiectului de manipulat

Cablurile care fac legatura intre senzori si interfata cu robotulModul de actionare:

2 cilindrii pneumatici


12/21

Cabluri de legatura

Modul de siguranta(sustinere si prindere/eliberare):

Brate 2 buc

Degete 16 buc

Rulmenti radiali 4 buc (d=25mm, D=47mm)

Suruburi pentru prinderea degetelor - 16 buc M12x

Surub conducator

Suport surub conducator

Suruburi pentru fixarea suportului 4 buc M12x

Piulite 2 buc

Ghidaje pentru miscarea liniara

Suport pentru brate 2 buc

Elemente de legatura Suruburi pentru fixarea ghidajelor 8 buc M12x

Baza de sustinere

Elemente de legatura dintre suport si ghidaje 4 buc

Suruburi de fixarea a elementelor de legatura 8 buc M12x

Modul de interfata cu robotul:

Suruburi

Saibe

Cabluri de conexiune


13/21

Analiza valorii la nivel de piese component prin intermediul QFD faza IV(Figura 10.)


14/21

Figura 10. Rezultatele obtinute dupa aplicarea metodei QFD - faza IV


15/21

Tabel 2. Ingineria valorii

Nr.

crt

Piese componente Importanta piesei

component (%)

QFD

Obiectiv de cost al

componentei

(Euro)

Pret de

achizitie

(Euro)

Pondere

pret (%)

1. Senzor optic 3.8 190 150 5

2. Senzor magnetic(2buc) 3.8 190 100 3.33

3. Cilindru pneumatic(2buc) 13.7 685 500 16.67

4. Brat(2buc) 18.5 925 400 13.33

5. Degete(16 buc) 15.7 785 320 10.66

6. Rulmenti radiali(4buc) 5.2 260 160 5.33

7. Suruburi(36 buc) 5.5 275 50 1.67

8. Saibe(36 buc) 1.7 85 45 1.5

9. Surub cu bile 5.2 260 240 8

10. Suport surub conducator

(2 buc)

1.7 85 80 2.66

11. Piulite(2 buc) 5.2 260 240 8

12. Ghidaj pentru miscareliniara(4 buc)

5.2 260 250 8.33

13. Suport pentru brat(2 buc) 1.7 85 80 2.66

14. Elemente de legatura(4 buc)

3.4 170 160 5.33

15. Baza de sustinere 2.3 115 105 3.5

16. Cabluri de conexiune 3.6 180 120 4

Total 100% Obiectiv de cost

al gripperului5000 Euro

Costul real

alprodusului

3000 Euro

100%

Din tabelul 2. Se poate observa capentru toate piesele component obiectivul de cost pe

component este mai mare decat pretul de achizitie. Valoarea reprezinta coloana 3. Costul reprezinta

coloana 6. Ideal ar fi coloana 6 3 . Acolo unde nu este valabila inegalitatea trebuie gasite solutii,de exemplu renegocierea pretului, sau cautam alt furnizor, sau realizam noi piesa respectiva daca

este posibil.Tabel 3. Graficul valorii


16/21

4.4 Analiza modurilor posibil de defectare

FMEA este o abordare sistematica in scopul analizari potentialelor moduri de defectare si a

efectelor acestora, este o analiza calitativa si utilizata pentru evaluarea modurilor de defectare,cauzele si efectele acestora in vederea elaborarii unui plan de masuri pentru: inlaturarea, prevenirea,

cresterea nivelului calitativ.Fiind o analiza critica, aceasta metoda are obiective clar denfinite:

Identificarea punctelor slabe ale unui produs, echipament sau sistem.

Identificarea cauzelor declansatoare ale nonconformitatilor.

Analiza efectelor nonconformitatilor asupra elementelor direct si indirect relationate.

Definirea de actiuni corective de inlaturare a cauzelor de aparitie a

nonconformitatilor.

Prevederea unui plan de ameliorare sau inlaturare temporara a defectelor.

Intocmirea de directii pentru re-ingineria prosului/sistemului in cauza.

Cresterea nivelului de comunicare intre nivelele ierarhice ale organizatiei.

Avantajele aplicarii FMEA:

Imbunatatirea calitatii, fiabilitatii si sigurantei unui produs sau proces.

Cresterea satisfactiei clientilor

Reducerea timpilor de dezvoltare si a costurilor

Colectarea informatiilor pentru reducerea viitoarelor esecuri si defecte

Diminuarea problemelor legate de garantia produsului

Identificarea si eliminarea potentialelor defecte

Prevenirea problemelorIn Anexa 1. este aplicata analiza modurilor posibile de defectare a produsului.

5 Calcul de dimensionare al cilindrilor pneumatici

5.1 Cilindrii pneumatici

Datorit compresibilitii aerului, parametrii micrii (vitez, acceleraie) sunt mult mai greude controlat la cilindrii pneumatici. De asemenea, oprirea n poziii intermediare nu poate firealizat cu precizie, existnd o anumit elasticitate a fluidului de lucru. Simplitatea lor constructiv

ca i fiabilitatea lor ridicat face ca aceti cilindrii pneumatici s fie utilizai n multe instalaii

complexe.Pentru a efectua un calcul de predimensionare a cilindrilor pneumatici, trebuie s cunoatem

sarcina de acionat, viteza de acionare a acestei sarcini, cursa.Diametrul cilindrului se determin din relaia:

ps(Dc2/4) (1-2)=kFFu

n care am notat:ps - presiunea relativ;

Dc - diametrul interior al cilindrului;


17/21

=dt/Dc,

raportul dintre diametrul tijei pistonului (dt) i diametrul cilindrului;kF- factorul de amplificare a forei utile datorat pierderilor de frecare i a altor cauze;

Fu - fora util care atunci cnd trebuie s nving numai forele de inerie i de greutate secalculeaz cu relaia:

Fu=mg=109,8=98N

kF=1,25

dt=20 mm

ps=6 bar=60 N/cm2

Dc2= (kFFu+dt2ps/4)/ps/4

Dc=2,56 cm 3 cm

Pentru calculul de rezisten a peretelui cilindrului se consider relaia de la vase cu perei

subiri. Astfel notnd cu h grosimea peretelui i considernd o presiune de calcul

pc=cpn,

pn=7 bar

c=0,85

pc=70,85=5,95 bar

n carepn este presiunea maxim de alimentare nominal, iarc un coeficient de siguran, putemdetermina eforturile:

- efort unitar axial

x = pcDc/4h=44,625 N/cm2

- efort unitar circular

y= pcDc/2h=89,25 N/cm2

- efort unitar tangenial maximmax=(x-y)/2

=-22,31 N/cm2

Dac notm cu D diametrul exterior al cilindrului:


18/21

D=Dc+2h

=3+2=5cm

vom verifica grosimea peretelui cu formula:

ef= (0,4Dc2 + 1,3D2)p/(D2-Dc2) at= 135,375 N/cm2


19/21

6.Analiza cu element finit

Analiza cu element finit (FEA) este un instrument de calcul eficient, nu numai din punct de

vedere pur tehnic ci i din punctul de vedere al costurilor de dezvoltare. Am facut analiza aplicand oforta distribuita pe degetele gripperului, din Figura 11. se vede care sunt punctele cele mai solicitate

Figura 11. Analiza cu element finit


20/21

Concluzii

Dintre cele trei variante constructive, varianta aleasa a fost cea carea a satisfacu in cea mai

mare masura criteriile, cele mai importante fiind: sa nu deterioreze sacul, sa fie sigur in exploatare,sa fie fiabil, importanta criteriilor fiind determinate cu metoda AHP, si Pugh pentru a allege variant

constructiva cea mai adecvata.

Aplicand metoda QFD, am incercat sa imbunatatesc gripperul, am determinat cele maiimportante functii si module pe care trebuie sa le aiba gripperul. A fost aplicat Ingineria valorii

pentru a vedea ce cost implica realizarea gripperului. Prin metoda FMEA au fost analizate

posibilitatile de defectare a produsului, ce ne ajuta sa evitam aceste defecte.


21/21

Bibliografie

1. Bogdan Mocan Suport de curs Dezvoltarea competitiva a sistemelor robotice

2. Bogdan Mocan Siport de curs Robotizarea fabricatiei3. Dumitru Dinu - Masini hidraulice si pneumatice

4. http://www.sasgripper.com/products/getagrip/getagrip_abg_adjustable_bag_gripper.htm

5. SKF 925 Catalogue6. Parker Pneumatic Actuator Products Catalogue
http://www.sasgripper.com/products/getagrip/getagrip_abg_adjustable_bag_gripper.htmhttp://www.sasgripper.com/products/getagrip/getagrip_abg_adjustable_bag_gripper.htm

Documents

DCSR proiect