بررسی رباتهای صنعتی و مشخصات آنها در جوشکاری
اول : جایگاه وکاربرد ربات در صنعت
1-1مقدمه
از اواخر دهه هفتاد، تقاضا برای استفاده از رباتها در صنایع شروع به پیشرفت فوق العاده ای نمود. دلیل اصلی رشد چشمگیر صنایع رباتیک، عمدتاً به خاطر ملاحظات اقتصادی است. جنبه دیگر استفاده از رباتها بالا رفتن سرعت تولید و دقت کار می باشد بطوریکه بعلت دقت کامپیوتری، رباتها نسبت به کارگر در این حالت ضایعات کمتر شده و مصرف مواد اولیه پایین می آید. به عنوان مثال، صرفه جویی در مصرف رنگ را در رباتهای رنگپاش حدود 10 تا 50 درصد است. همچنین در بکارگیری رباتها مخارجی چون لباس،دستکش، خوراک و وسایل نظافت کارگر را نیز کاهش می دهد که به جنبه اقتصادی بودن آن می افزاید. در بسیاری از بخشهای تولید که عملیات خطرناک بوده و یا محیط کار پر سروصدا وآلوده است، استفاده از رباتها می تواند کارگران را از خطرات ناشی از کار حفظ نماید. یک مثال چنین عملیاتی پرسکاری است که بطور مرتب موجب نقص عضو و صدمه به کارگران می گردد و یا رنگ پاشی که محیط آن بعلت استفاده از مواد شیمیایی برای سلامت کارگران مناسب نیست با جایگزین شدن رباتها در مراکز کارهای طاقت فرسا و حساس، کمک بسیار موثری به سلامت کارگران و دیگر پرسنل و رشد فکری آنها و رشد و بهبود تولید خواهد شد.
اینها دلایلی هستند که تا کنون باعث رشد روز افزون کاربرد رباتهای صنعتی در صنایع مختلف شده است.
2-1 تاریخچه:
با اختراع کامپیوتر و پیوند آن با ماشین های مکانیکی کم کم رباتهای صنعتی بوجود آمدند که می توان از یک دست مکانیکی که در سال 1947 در آزمایشگاه ملی آرگون ساخته شدند به عنوان اولین ربات نام برد .توضیح مختصری که در مورد کلمه ربات لازم به نظر می رسد این است که این کلمه از واژه (Robota) در نمایشنامه رباتهای همه کاره در سال 1921 بکار برده شده.
سیر تکامل رباتهای صنعتی شاهد سه نسل بوده است. این تقسیم بندیها در حقیقت متکی به اصول طراحی سیستم های کنترل آنها است و به این صورت نامگذاری شده اند.
نسل اول: رباتهای قابل برنامه ریزی (prigigramable)، این ربات ها به طور پیوسته و یکنواخت حرکات برنامه ریزی شده را انجام می دهند ولی قابلیت نشان دادن عکس العمل در برابر حوادث پیش بینی نشده را ندارند.
نسل دوم: رباتها مجهز به حساسه هایی هستند که قادر به ادراکاتی از قبیل بینایی، احساس گرما و موقعیت و همچنین انجام واکنش در برابر نیرو می باشند. آنها قادرند با توجه به اطلاعات دریافتی عملیاتی را کنترل کنند.
نسل سوم: رباتها دارای هوش مصنوعی (Artifcias In telligevcp Robots) دارای ادراکاتی بیشتر از نسل دوم مانند قدرت تصمیم گیری و تشخیص طرح و ابعاد قطعه و همچنین تکمیل و تصحیح حرکات در عملیات مختلف هستند. قدرت بینایی، مشابه سازی از تأثیرات محیطی به صورت دیجیتال و استفاده از حس کننده ها از ویژگی های این نسل از رباتهاست.
لازم به توضیح است که پیدایش یک نسل جدید از رباتها به معنی زوال نسل قبلی نیست بلکه نسلهای قبلی ضمن حیات خود، کاربرد گسترده تر و روزافزونی نیزپیدا می کند و هریک قادر به انجام کارهای به خصوصی در صنعت هستند.
تعریف ربات:
با وجود پیشرفتهای زیاد در ساختن و بکارگیری رباتها هنوز دانشمندان در مورد تعریف ربات با هم به توافق نرسیده اند.
انجمن رباتهای صنعتی ژاپن رباتها را شش گروه زیر تقسیم می کند.
1- یک دست مکانیکی که توسط اپراتور کار می کند (Mechanical Monipulator)
2- ، یک دست مکانیکی که کارهای تکراری را قدمهای متوالی تعریف شده انجام می دهد و به سادگی ترتیب کارها قابل تغییرنیست. (fixed sequence)
3- ربات با ترتیبات متغیر (variable sequence) ،یک دست مکانیکی که کارهای تکراری را قدمهای متوالی با ترتیب تعریف شده است انجام می دهد و این ترتیب به سادگی قابل تغییر است.
4- ربات قابل آموزش (plag. Back) که عبارت است از دست مکانیکی که توسط حافظه خود می تواند عملیاتی را که قبلاً انجام شده است تکرار نماید.
5- ربات با کنترل عددی (Numericol control) عبارت است از رباتی که با برنامه کامپیوتری کار می کند.
6- ربات با هوش (intelle gont) توانایی درک از محیط و استعداد انجام کار با توجه به تغییر در شرایط محدوده عمل کار را دارد.
چکیده
گزارش حاضر به منظور پژوهش بر روی رباتهای صنعتی تهیه شده است. که درآن جایگاه و کاربرد رباتها در صنعت، مزایای استفاده از رباتها، تجزیه و تحلیل اقتصادی استفاده از ربات در فرایند های تولیدی و همچنین متداولترین کاربرد ربات در صنعت آمده است و همچنین با رباتها و بخش های اصلی آن، اصطلاحات فنی در این علم آشنا می شویم. و در فصل سوم رباتهای صنعتی جوشکار مورد بررسی قرار گرفته است و پارامترها و ویژگی هایی که در انتخاب رباتهای جوشکار باید مورد توجه قرار گیرد بیان می گردد در فصل چهارم سیستم های خودکار جوشکاری به کمک کامپیوتر(CWS) بررسی شده است که درآن نحوه کار با CWS توضیح داده شده است و همچنین در مورد دستگاه شبیه ساز جوشکاری (Simulator) که هدف آن ایجاد شرایطی برای تجزیه و تحلیل آسانتر جوشکاری می باشد بحث شده است و اجزا و متعلقات آن و نحوه محاسبه خطاها از طریق این دستگاه بررسی شده است. در فصل پنجم نمونه ای از ساخت ربات جوشکار در داخل کشور و استفاده از ربات جوشکار در صنعت کشتی سازی آورده شده است. در فصل پنجم طراحی مکانیزم و اجزای اولیه روبات با استفاده از آموخته‌های رشته مکانیک انجام شده است و در ادامه طراحی سیستم‌های عملکننده (هیدرولیک) با همکاری شرکت فستو آمده است.
فهرست مطالب
فصل اول : جایگاه و کاربرد ربات در صنعت..................................................................... 1
1-1- مقدمه ........................................................................................................... 1
2-1- تاریخچه ........................................................................................................ 1
3-1- تعریف ربات ................................................................................................. 2
4-1- کارگاه Work life 2000....................................................................... 3
1-4-1- تاثیر تغییرات تکنولوژیکی بر رفتار اپراتورها................................... 4
2-4-1- جوشکاری و سلامتی......................................................................................................... 5
3-4-1- مدیریت منابع انسانـی.................................................................... 6
5-1- درسهایی مهم برای صنایع تولیدی ............................................................. 8
6-1- مزایای استفاده از ربات در صنعت................................................................ 8
1-6-1-1. کاهش حجم انبارها و تسهیل در جریان گردش کار ............................. 9
2-6-1- بهبود کیفیت و افزایش میزان فروش ......................................................... 9
3-6-1- کاهش هزینه های مربوط به ضایعات و دو باره کاری...................................... 10
4-6-1- کاهش حوادث ناشی از کار و افزایش ایمنی در آن .......................................... 10
5-6-1- کاهش هزینه های ناشی از تغییر خط تولید ....................................................... 10
7-1- تجزیه و تحلیل اقتصادی استفاده از ربات در فرایند تولید ...................................... 11
1-7-1- مدت زمان بازگشت سرمایه (The Payback Period)...................... 12
2-7-1- سود سرمایه گذاری (Return on Investiment ROI).................... 12
فصل دوم: مشخصات ربات های صنعتی .............................................................................. 14
1-2- مقدمه ....................................................................................................................... 14
2-2- اجزای رباتهای صنعتی ............................................................................................ 15
2-2-1- واحد مکانیکی ............................................................................................................................................ 15
2-2-2- کنترل کننده(Contoroller) ......................................................................... 28
2-2-2-1- رباتهای نقطه به نقطه (Point to point serro controlled Robots)... 29
2-2-2-2- رباتهای با مسیر پیوسته ....................................................................................................... 30
3-2-2-2- ترکیب دو روش نقطه به نقطه و مسیر پیوسته ................................................. 31
4-2-2-2- رباتهای با مسیر کنترل شده ............................................................................ 31
3-2-2- منبع قدرت (Power supply) ...................................................................... 32
1-3-2-2- انواع مکانیزمهای تغییر نسبت سرعت و قدرت............................................... 38
4-1-2- حساسه ها (sensors) .......................................................................................... 40
1-4-1-2- حساسه های نیرو و ممان (Force and moment sensors)........................................ 41
2-4-1-2حساسه های لامسه ای (Touch sensors) ............................................................................. 41
3-4-1-2- حساسه های مجاورتی (Proixinity sensors) ............................................. 42
4-4-1-2- حساسه های مکان و حرکت ............................................................................. 42
5-4-1-2- حساسه های بینایی ......................................................................................... 43
2-2- شکل هندسی بازو..................................................................................................... 44
3-3- تعاریف و اصطلاحات فنی ...................................................................................... 46
1-3-2- درجات آزادی ............................................................................................................................................. 46
2-3-2- فضای کاری ربات (work space)..................................................................................................... 46
3-3-2- بار مجاز(pag load) ........................................................................................... 47
4-3-2- سرعت ربات ....................................................................................................... 47
5-3-2- دقت (Auuracy) ............................................................................................ 47
6-3-2- تکرارپذیری(Repeatabilty) ......................................................................... 47
4-2-نکاتی در مورد استفاده از ربات صنعتی در یک فرآیند تولیدی مکانیزه .................... 47
فصل سوم: ربات صنعتی جوشکار......................................................................................... 49
1-3- مشخصههای عمومی.................................................................................................. 49
2-3- بازوی مکانیکی .......................................................................................................... 50
1-2-3- پیکربندی یا شکل مهندسی بازو........................................................................... 51
2-2-3- درجات آزادی ....................................................................................................... 52
3-2-3- تکرارپذیری ......................................................................................................... 52
4-2-3- بار مجاز(Pag load) ........................................................................................... 52
5-2-3- سرعت حرکت ...................................................................................................... 52
6-2-3- سیستم محرک .................................................................................................... 53
7-2-3- دقت در مکانیابی نقاط ......................................................................................... 53
8-2-3- موارد متفرقه ....................................................................................................... 54
3-3- سیستم کنترل ......................................................................................................... 54
1-3-3- سخت افزار .......................................................................................................... 54
1-1-3-3- محورهای حرکتی ............................................................................................ 54
2-1-3-3- اندازه حافظه و مدت زمان ممکنه نگهداری اطلاعات در حافظه........................ 54
3-1-3-3- ذخیره سازی جانبی برنامه ها ....................................................................... 55
4-1-3-3- مرتبط سازی بوسیله بردها............................................................................... 55
2-3-3- نرم افزار ............................................................................................................ 55
1-2-3-3- روش های برنامه ریزی ربات.............................................................................. 56
2-2-3-3- روش برنامه ریزی راهنمایی 56
3-2-3-3- روش برنامه ریزی (work through)............................................................. 57
4-2-3-3- روش برنامهریزی گاهی (walk – through) و زبان برنامهنویسی بصورت همزمان 58
5-2-3-3- عوامل عمومی مؤثر در برنامهریزی ربات...................................................... 58
4-3- ویژگی های سیستم جوشکاری.................................................................................. 59
1-4-3- توانایی چند عملیاتی بودن ................................................................................... 59
2-4-3- کنترل خودکار ولتاژ .............................................................................................. 59
3-4-3- تصحیح مسیر درز جوش ..................................................................................... 61
4-4-3- مشخص کردن برخورد ......................................................................................... 61
5-3- پارامترهای ورودی و خروجی در فرآیند جوشکاری .................................................. 61
6-3- استفاده از ربات برای کنترل پارامترهای ورودی جوشکاری ...................................... 63
فصل چهارم: جوشکاری با کامپیوتر (CWS) و نمونهای از ربات جوشکار............................. 64
4-1- مقدمه........................................................................................................................ 64
2-4- آشنایی با CWS........................................................................................................ 64
3-4- CWSچگونه کار میکند؟ ........................................................................................ 65
4-4- دستگاه شبیه ساز جوشکاری Simulator .............................................................. 66
1-4-4- دستگاه شبیه‌ساز مدل ETS-OIM .................................................................. 66
2-4-4- امکانات دستگاه ETS-OIM .............................................................................. 67
3-4-4- ویژگی های فنی دستگاه ...................................................................................... 67
4-4-4- اجزای متعلقات شبیه ساز .................................................................................... 68
5-4-4- روش کار و انتخاب حالت ....................................................................................... 69
6-4-4- نحوه محاسبه خطاها از طریق دستگاه OIM- ETS ........................................... 70
5-4- ساخت ربات جوشکار در داخل کشور ........................................................................ 71
فصل پنجم : طراحی مکانیزم و اجزاء و سیستم های عمل کننده هیدرو لیکی ربات های صنعتی :79
1-5 طراحی مکانیزم : 79
1-1-5 : طراحی مکانیزم اصلی : 79
2-1-5 طراحی مکانیزم غلتش ( ROLL ) در مچ : 82
3-1-5 طراحی مکانیزم گریپ : 83
2- 5 * طراحی اجزاء اولیه * 85
1 – 2 – 5 – مشخصات کلی : 85
2-2-5 : طراحی اجزاء مکانیزم اصلی : 86
3-2-5 طراحی اجزاء مکانیزم مچ و گریپ 90
3-5- طراحی مدار سیستم‌های عملکننده (هیدرولیک) 93
1-3-5 شرایط خاص و انتظارات از سیستم هیدرولیک 93
2-3-5 طراحی بخش تولید فشار، دبی و ایجاد فشارهای لازم 94
3-3-5 طراحی مدارهیدولیک بخش ویژه محورهای B,C 95
4-3-5 طراحی مدارهیدرولیک بخش ویژه محور A 96
5-3-5 طراحی مدار هیدرولیک بخش ویژه محور D ( هیدروموتور) 98
6-3-5 طراحی مدارهیدورلیک بخش ویژه گریپ 99
منابع..................................................................................................................................... 102