Kamil Mykas

Bartłomiej Penk Mechatronika Sem VI Gr. B1

Piotr Przybylski

Pakowanie puszek alu z napojami do kartonów w określonym szyku.

Istniejące w przemyśle, rozwiązania manipulatorów i robotów pakujących

Obecnie w przemyśle bardzo powszechnie stosowany jest robot KUKA, wraz ze sterownikami i oprogramowaniem. Do robota wyspecjalizowanego do pakowania przedmiotów stosuje się konkretnie zaprojektowane chwytaki. Przykładowo, do operacji związanych z paletowaniem piwa butelkowanego, chwytak umożliwia zarówno chwycenie 4 skrzynek z pustymi butelkami, 4 kartonów z pełnymi butelkami oraz samych butelek w ilościach do 80 na raz.

Uniwersalny chwytak pozwalający na manipulowanie skrzynkami, kilkoma rodzajami kartonów i samymi butelkami. Stanowisko działa w nastepujący sposób. Pełna paleta zawierająca 5 warstw skrzynek z piwem po 8 skrzynek w warstwie jest wwożona wózkiem widłowym na jedno z dwóch bliźniaczych stanowisk. Później winda ciężka dokonuje pozycjonowania skrzynek na palecie. Przed zdjęciem połowy warstwy skrzynek przez robota, zaciski windy zwalniają się aby zapobiec wyrwaniu skrzynek. Robot chwytakiem przenosi skrzynki na paletę obok, układa je, zasysa butelki i przenosi na transporter do kartoniarki. Po ułożeniu wastwy pustych skrzynek na drugiej palecie, inna winda pozycjonuje je. Program chwytaka robota jest tak zrealizowany, że przed wyjęciem butelek, dodatkowo są one obracane w celu pozycjonowania skrzynek. System jest realizowany poprzez specjalny program, uwzględniający wszystkie miejsca dostaw i zabezpiecznia, przed ruchem w obszarze roboczym manipulatora.

Dobrym przykładem może być również linia produkcyjna wykorzystująca roboty Kawasaki, np. do pakowania wiaderek z farbami czy też worków z serami. Stanowisko pakujące wiaderka wykorzystuje dwa roboty kontrolowane przy pomocy panelu operatorskiego. Robot przenoszący wiadra jak i ten paletyzujący worki jest wyposażony w chwytak podobnie jak w poprzednim wypadku wykorzystujący pneumatykę.

Równie często wykorzystywane są układy spychające bazujące na prostych układach pneumatycznych czy mechanicznych, stosowane np. do pakowania kartonów mleka, czy też farb i lakierów. W takich układach wykorzystuje się system 0-1. Przykładowo, tłok siłownika pneumatycznego dopychający puszkę do krawędzi kartonu albo jest w pozycji całkowicie schowanej lub całkowicie wysuniętej. Podobnie, wykorzystuje się również ramiona bazujące na mechanizmach obrotowych. Realizacja pakowania przy użyciu układów spychających opiera się na "labiryncie", lub jest ustawiona liniowo z wykorzystaniem rolek. Systemy te są trudne w modernizacji są mniej elastyczne aniżeli manipulatory. Układy takie są dużo mniej uniwersalne i dodatkowo obszerne gabarytowo co uniemożliwa zastosowanie ich do pakowania puszek na naszym stanowisku.

Koncepcje manipulatora do pakowania puszek alu

1. Stół roboczy

2. Napęd liniowy zasilany serwosilnikiem el.

3. Napęd liniowy zasilany serwosilnikiem el.

4. Moduł zapewniający ruch obrtowy napędzany serwosilnikiem el.

5. Podajnik puszek

6. Puszki

7. Przyssawki umieszczone na ramieniu z profili aluminiowych

8. Karton

Zasada działania: Ramię z przyssawkami obraca się w kierunku podajnika puszek, co zapewnia moduł obrotowy. Napędy liniowe realizują pozostałe ruchy, konieczne do dokładnego pozycjonowania. Po przyssaniu puszek są one delikatnie unoszone ku górze, po czym ramię manipulatora wykonuje obrót o 90 stopni w kierunku kartona, gdzie puszki są opuszczane i ustawiane po 4 w rzędzie.

1. Karton

2. Serwosilniki elektryczne (napędy)

3. Napędy liniowe

4. Puszka

5. Stół roboczy

6. Wózek

7. Ramię

8. Przyssawki

9. Napęd obrotowy

10. Podajnik puszek

Zasada działania: Ramię zostaje ustawione równolegle z podajnikiem następnie zostaje opuszczone i cztery puszki zostają przyssane, następnie następuje podniesienie ramienia z puszkami, jego obrót w stronę antyzegarową, zjazd ramienia niżej i przesów w strone kartonu w ten sposób aby ustawić puszki przy jego krawędzi. Następnie opuszczenie puszek do kartonu i odpuszczenie przyssawek. Kolejne rzędy puszek ustawiane w ten sam sposób.

Po ustawioniu 5 rzędów czujnik masowy powoduje zsunięcie kartonu z puszkami do pakowarki.

1. Napęd

2. Suwnica

3. Słupy

4. Chwytak

5. Puszki

6. Prowadnice

7. Możliwy kierunek przesuwu prowadnic

Zasada działania: Elementy 5 (puszki) przesuwają się po 6 (prowadnicy) w ustalonej pozycji, 4 (chwytak) chwyta elementy oraz przenosi je na następną prowadnice, na której może się znajdować np. paleta, usytuowana w odpowiednim położeniu do prowadnicy.

Głównym ruchem procesu jest ruch suwnicy w kierunku osi "Z'"oraz chwytanie przedmiotów. W zależności od przenoszonych elementów jest rozważane zmienienie chwytaków, zmiana prędkości prowadnic oraz zmiana dynamiki procesu przenoszenia.

Cecha	Koncepcja 1	Koncepcja 2	Koncepcja 3	Waga
Montaż/Serwis	9	9	4	0,3
Trwałość	4	7	6	1
Cena	7	7	8	0,8
Szybkość działania	6	9	6	0,6
Sztywność	6	8	9	0,5
Masa	8	8	4	0,4
Uniwersalność	8	7	3	0,2
Gabaryty	5	7	5	0,4
SUMA	25,7	32,1	25,9	X

Analizując działanie i budowe powyższych rozwiązań koncepcyjnych doszliśmy do wniosku, że koncepcja druga jest najlepsza do realizacji. Cechuje się ona najwyższą sztywnością, oraz środkiem ciężkości położonym najbliżej stołu, co prawdopodobnie zapewni bezawaryjną i bezproblemową pracę urządzenia pakującego. Układ ten jest realizowany przez 3 serwosilniki, z których dwa z nich podłączone są do napędów liniowych (przewidywalnie napędów z paskiem zębatym), oraz trzeci do zapewnienia ruchu modułu obrotowego. Podnoszenie puszek jest możliwe dzięki 4 przyssawkom pneumatycznym. Konstrukcja opiera się na profilach aluminiowych.

Rysunek 2 - Stanowisko robocze

Rysunek 6 - Koncepcja 1

Rysunek 7 - Koncepcja 2

Rysunek 1 - Robot KUKA

Rysunek 3 - Chwytak robota KUKA

Rysunek 4 - Chwytak robota Kawasaki

Rysunek 5 - Linia pakująca

Rysunek 8 - Koncepcja 3

---