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Dissertação Daniel Loureiro Carreira

1. Massa Resultado 12 kg A ferramenta suporta a massa da caixa com facilidade durante bastante tempo e quando sujeitada a grandes movimenta es tanto as ventosas a provocar v cuo como a estrutura da ferramenta d o seguran a para que a caixa n o caia 13 5 kg Verificam se as condi es para 12 kg apesar de termos tido um ligeiro aumento de massa 15 kg Igual para 12 e 13 5 kg 17 kg Para esta massa a ferramenta consegue suportar a caixa durante muito tempo mas se submetida a grandes agita es o v cuo criado nas ventosas deixa de ser suficiente e a ferramenta deixa cair a caixa 18 kg Semelhante aos 17 kg por caixa Como podemos verificar na tabela 4 1 as ventosas adquiridas apresentam um m ximo rendimento e maior seguran a para as massas de 12 13 5 e 15 kg mas para massas superiores a 15 kg massa esta que pedimos ao fornecedor de material de v cuo que as ventosas suportassem a ferramenta n o segura quando sujeita a grandes agita es 31 Cap tulo 4 Proposta de Solu o 4 2 2 Plataforma para coloca o de paletes Desenvolvemos uma plataforma em perfis de alum nio de 20 20mm onde fosse poss vel a coloca o de paletes onde v o ser colocadas as caixas Apresenta a configura o que vista na figura 4 3 tamb m se verifica na figura a presen a de quatro sensores de contacto com alavanca de rolete ajust vel estes sensores t m o objetivo de indicar se as paletes est o posici
2. Manut Peri dica Production qi e Jez toto Figura 4 19 Janela do menu Manuten o Testar Lampadas Dentro dessas fun es de manuten o existe sempre a op o Sair que faz com que o utilizador volte para o menu Manuten o Neste ltimo menu tamb m existe a op o Sair mas faz voltar para o menu principal Main Mas o utilizador tamb m pode efetuar a manuten o usando os bot es da botoneira desenvolvida Esta d informa es do estado da paletiza o ao operador e permite realizar algumas opera es Na figura 4 20 podemos observar a botoneira desenvolvida Bot o Posi o de Manuten o 1 Bot o Posi o de Manuten o 2 Bot o Ventosas Figura 4 20 Botoneira vista de topo 44 Cap tulo 4 Proposta de Solu o Figura 4 21 Posi es de manuten o 1 e 2 respetivamente Com a botoneira podemos fazer o rob mover se para as posi es de manuten o 1 e 2 e ativar desativar as ventosas como podemos observar na figura 4 21 4 3 2 4 Sair Neste processo podemos parar STOP o algoritmo Se o rob se encontrar numa posi o que n o a de Repouso o algoritmo faz com que o rob se posicione nesta Na figura 4 22 podemos observar o fluxograma do processo Sair Figura 4 22 Fluxograma do processo Sair 45 Cap tulo 4 Proposta de Solu o i Auto Mo
3. o de m quinas manuseio de materiais moldagem por inje o montagem e embalagem um rob muito vers til e flex vel que pode ser instalado em ambientes bastante agressivos O bra o possui seis articula es de rota o possuindo assim seis graus de liberdade Este rob tem capacidade de seis quilogramas kg de capacidade de carga com uma repetibilidade de 0 05mm Figura 3 3 Rob ABB IRB 1600 17 Cap tulo 3 Apresenta o do Problema Como se pode ver na figura 3 4 este rob pode ser montado de diferentes maneiras parede ch o invertido ou inclinado faz com que o ABB IRB 1600 esteja pronto para atender s mais altas exig ncias do mercado industrial e Figura 3 4 V rias posi es de montagem do IRB 1600 Na figura 3 5 podemos observar o volume de trabalho do rob ABB IRB 1600 usado no desenvolvimento do trabalho pr tico Este rob tem um alcance m ximo de 1 45m IRB 1600 1 45 m Figura 3 5 Volume de trabalho 18 Cap tulo 3 Apresenta o do Problema Quadro 3 1 Principais caracter sticas do rob ABB IRB 1600 11 Principais caracter sticas do rob ABB IRB 1600 Tipo Antropom rfico Refer ncia ABB IRB 1600 1 45 N mero de eixos 6 Movimento dos eixos Eixo 1 180 at 180 Eixo 2 150 at 90 Eixo 3 65 at 245 Eixo 4 200 at 200 Eixo 5 115 at 115 Eixo 6 400 at 400 Velocida
4. 2 DI10_13 a Fim de Produ o Sensores Gripper DI10_14 DI10_4 a DI10_5 J Figura 10 Separador Entradas ANEXO 1 G Auto Motors On 3 IRB1600 DANIEL Stopped 3 of 3 Speed 100 x Lactogal Saidas Electrovalvula 1 Electrovalvula 2 Electrovalvula 3 Electrov lvula 4 DO10_2 DO10_3 IP DO10_5 m DO10_7 p D01012 O om4 0s n O L mpadas DO10_9 ao DO10_10 gt DO10_i1 ab Production e Figura 11 Separador Sa das 6 MONITOR No Menu Principal escolha o bot o Monitor de seguida surgir o seguinte menu Ver figura 12 de Auto Motors On 3 IRB1600 DANIEL Stopped 3 of 3 Speed 100 x Lactogal LLACTOGAL Paletiza o Palete Camada Caixa Actual Production nd iata Figura 12 Menu Monitor Este menu serve para dar informa es sobre o que se est a passar em cada momento do processo de paletiza o 66 ANEXO 1 7 PRODU O No Menu Principal escolha o bot o Produ o de seguida surgir o seguinte menu Ver figura 13 a Auto Motors On z x IRB1600 DANIEL Stopped 3 of 3 Speed 100 Lactogal Produ o Palete hora Palete dia fo Palete Total Production e a Window SP Lactogal Figura 13 Menu Produ o Este menu serve para dar informa es sobre o n mero de paletes completas por dia n mero total de paletes e o n mero de paletes por hora 8 SAIR i No Menu Principal escolha o bot o Sar e
5. Na figura 4 28 podemos observar a botoneira desenvolvida e os bot es referidos Bot o Fim de Palete Bot o Fim de Caixa Figura 4 28 Bot es de Fim de palete e Fim de Caixa Quando ocorre qualquer uma das situa es referidas aparece escrito na aplica o GUI a refer ncia a cada caso ou Fim de Caixa ou Fim de Palete 4 3 4 Tarefa de produ o O algoritmo desenvolvido para esta tarefa foi concebido para registar toda a produ o Quando o processo de paletiza o termina uma palete esta tarefa cria um ficheiro CSV no controlador do rob onde s o registados o n mero de palete atual di ria o n mero total de paletes que foram constitu das pela c lula a data hora o tempo de ciclo da palete a cad ncia e o n mero de caixas que constituem a palete Esta tarefa est interligada ao menu Produ o da aplica o de interface com o utilizador como se ilustra na figura 4 29 1 Auto Motors On 3 da IRB1600 DANIEL Stopped 3 of 3 Speed 100 gt lt Lactogal Produ o Palete hora Palete dia fo Palete Total Production amp Window E Lactogal Figura 4 29 Janela do Menu Produ o 49 50 5 Conclus es e Trabalhos Futuros 5 1 Conclus es gerais A automa o industrial neste caso espec fico a rob tica est hoje presente em toda a parte no mercado industrial utilizada nas mais diversas reas constituindo um fator de c
6. a a ganhar for a no in cio do s culo XX Com a Primeira e Segunda Guerras Mundiais houve necessidade de agilizar o processo de cria o de rob s industriais Mais concretamente ap s a Segunda Guerra Mundial nas d cadas de 50 60 come am a Cap tulo 2 Estado da Arte surgir os primeiros rob s manipuladores industriais O primeiro desenvolvido por George Devol e Joseph Engelberger na companhia americana Unimation Inc Primeira f brica mundial de cria o de rob s industriais que foi instalado numa f brica da General Motors GM em New Jersey A figura 2 1 mostra o rob Unimate que foi implementado na f brica da GM 2 Figura 2 1 Rob Unimate Durante as d cadas 50 e 60 foram levados a cabo v rios projetos de investiga o e desenvolvimento que levaram ao aparecimento dos primeiros rob s controlados por computador com retroa o sensorial tais com o Tool of The fuTure T3 em 1974 o Standford em finais da d cada de 60 e in cio da d cada de 70 que mais tarde em 1978 deu origem ao PUMA que usava tamb m a retroa o de for a e visual o manipulador da IBM em 1975 e o SCARA Selective Compliance Assembly Robot Arm desenvolvido entre 1978 e 1979 2 Os rob s manipuladores evolu ram muito at ao presente atrav s dos materiais usados na sua constru o Os atuadores os controladores as transmiss es a complexidade das garras e pin as e os algoritmos de controlo garantem aos rob s um
7. mero de paletes que deseja como se ilustra na figura 4 14 38 Cap tulo 4 Proposta de Solu o Auto Motors On t x IRB1600 DANIEL Running 3 of 3 Speed 100 Lactogal Afastamento Verificar dados N Paletes Paletizar em modo continuo N o SY Lactogal Figura 4 13 Janela de informa o 1 Auto Motors On IRB1600 DANIEL Running 3 of 3 Speed 100 X Lactogal NO Paletes Palete s fo Carregar Figura 4 14 Janela do menu N de Paletes Depois dessa fun o passa para a fun o Verificar posi o da palete O algoritmo permanece nesta etapa at se verificar que as paletes se encontram na posi o correta Depois desta verifica o executa se o processo de paletiza o Em qualquer parte do algoritmo antes da etapa Verificar posi o da palete pode se voltar ao menu principal Main A figura 4 15 mostra o fluxograma que demonstra todo o que foi referido anteriormente 39 Cap tulo 4 Proposta de Solu o Paletiza o Figura 4 15 Fluxograma da Nova Paletiza o 40 Cap tulo 4 Proposta de Solu o 4 3 2 2 Paletiza o Pr definida O processo Paletiza o Pr definida muito semelhante ao process
8. podemos observar as principais caracter sticas do sensor escolhido 27 28 4 Proposta de solu o 4 1 Introdu o Este cap tulo apresenta uma poss vel solu o para o processo de paletiza o robotizada da linha de produ o do queijo Nesta proposta o rob deve ir buscar caixas a um ponto fixo e ent o calcular as coordenadas cartesianas de destino do material Estas coordenadas baseiam se nas dimens es da palete e de cada caixa A proposta apresentada ao contr rio do que se passa no mercado atual pretende ser uma solu o bastante abrangente e n o se limitar a um tipo de caixa e de palete 4 2 Hardware desenvolvido O hardware um elemento essencial em qualquer sistema de paletiza o pois temos de garantir que este se adapta fun o desejada com o melhor desempenho Na figura 4 1 podemos observar a c lula flex vel de fabrico desenvolvida De seguida ser apresentado o hardware desenvolvido para o estudo e uma breve descri o deste 29 Cap tulo 4 Proposta de Solu o Figura 4 1 C lula flex vel desenvolvida 4 2 1 Ferramenta de Trabalho A ferramenta desenvolvida exibe uma estrutura s lida e apresenta a possibilidade de transportar caixas com v rias dimens es pois permite ao operador que este altere as dimens es da ferramenta com facilidade Todos os elementos da sua constitui o t m o objetivo que o manuseio das caixas seja feito de forma r pida e segura Os elementos
9. 2 e Tipo 3 Este separador permite ao utilizador ter acesso aos dados guardados na posi o 3 O operador pode carregar os dados premindo o bot o Carregar alterar os dados da posi o que pretende pressionando o bot o Editar Dados ou se escolher o bot o Sair para voltar para o menu principal 61 ANEXO 1 4 1 Menu Salvar Dados Este menu tem como fun o alterar os dados pr definidos e depois de alterados estes ficam gravados como os dados que o utilizador pretende para futuras paletiza es Os dados alterados ficam guardados na base de dados do algoritmo at que sejam novamente alterados Com o pressionar do bot o Editar Dados aparecer a seguinte figura 4 Auto Motors On 3 xX IRB1600 DANIEL Stopped 3 of 3 Speed 100 Lactogal Tipo 1 Palete Caixa N Camada Comprimento 1200 Comprimento ka El Savar Production A id Winde nd a o Figura 6 Menu Salvar Dados Tipo 1 Se passarmos o dedo sobre o editor aparecer o teclado e assim podemos alterar os par metros que achamos necess rios e queremos que fiquem gravados como pr definidos para futuras utiliza es Nota Se por exemplo alterarmos o comprimento da palete de 1200 mm para 1111 mm o novo valor do comprimento ser guardado na base de dados do algoritmo como o valor pr definido at ser novamente alterado pelo utilizador Depois de introduzidos os novos dados dever carregar no bot o Salvar para gu
10. 39 XV Figura 4 15 Figura 4 16 Figura 4 17 Figura 4 18 Figura 4 19 Figura 4 20 Figura 4 21 Figura 4 22 Figura 4 23 Figura 4 24 Figura 4 25 Figura 4 26 Figura 4 27 Figura 4 28 Figura 4 29 xvi NDICE DE FIGURAS Fluxograma da Nova Paletiza o naos n ia na rula 40 Janela do Menu Paletiza o Pre Definida c eee eee 41 Fluxograma da Paletiza o Pr definidas nene aaa 42 Fluxograma do processo Manuten o eee 43 Janela do menu Manuten o aa ta seid au tu eee 44 Botoncira vista DE topo donesen ee d apa at a i Ba eee ae 44 Posi es de manuten o e 2 respetivamente men 45 Fluxograma do processo Sair ancas alia a pa a ate al 45 Janela do menu principal onde se apresenta o bot o Sair 46 Fluxograma do posicionamento das caixas err 46 Camada com cinco caixas camada mpar e par respetivamente 47 Lampadas da BOtOMe tas srs castes au ics pe ataca Iago da 0 pa papa rca poa oaia 47 Bot es de OK e Emerg ncia sans nainte 00 ala 38 a Ta UTAD 48 Bot es de Fim de palete e Fim de Caixa saci cae seria tiro betes evan elven 49 Janel de Men Prod o a aaa aii R cyt o a E AD 49 Quadro 3 1 Quadro 3 2 Quadro 3 3 Quadro 3 4 Quadro 3 5 Quadro 3 6 Quadro 3 7 Quadro 4 1 Quadro 4 2 Quadro 4 3 NDICE DE QUADROS Principais caracter sti
11. 42 Cap tulo 4 Proposta de Solu o 4 3 2 3 Manuten o Este processo serve para o utilizador realizar a manuten o necess ria O primeiro passo consiste em escolher a op o Manuten o no menu principal da aplica o GUI O processo Manuten o subdivide se em dois processos em termos de algoritmo programado Testar Ventosas e Testar L mpadas como se pode verificar na figura 4 18 Na etapa Testar Ventosas podemos ativar ou desativar as ventosas com a chamada das rotinas rVentosaON e rVentosaOFF do algoritmo respetivamente Na etapa Testar L mpadas podemos ativar ou desativar as l mpadas com a chamada das rotinas rL mpadasON e rL mpadasOFF do algoritmo respetivamente Estes menus s se encontram dispon veis quando o rob n o se encontra no processo de paletiza o Figura 4 18 Fluxograma do processo Manuten o Na aplica o de interface temos tamb m acesso a outras op es tais como ver o estado das Entradas e Sa das do controlador a Manuten o Peri dica que um mecanismo que obriga o operador a efetuar o processo de manuten o quando o n mero de paletes total for 2000 4000 ou seja de 2000 em 2000 A figura 4 19 ilustra o menu Manuten o 43 Cap tulo 4 Proposta de Solu o E Auto Motors On 3 x IRB1600 DANIEL Stopped 3 of 3 Speed 100 Manuten o prai Estado 1 0 Testar Ventosas
12. As l mpadas t m como fun o indicar ao operador o estado do processo Se a l mpada verde estiver acesa indica que a paletiza o est a decorrer se estiver laranja indica a ocorr ncia de 47 Cap tulo 4 Proposta de Solu o um alarme e se estiver vermelha informa o operador que o processo se encontra terminado Na figura 4 26 podemos observar a botoneira desenvolvida L mpada verde L mpada Figura 4 26 L mpadas da botoneira vermelha Quando ocorre um alarme de falta de ar comprimido ou de queda de caixa ou de acionamento do bot o de emerg ncia criado um registo em ficheiro CSV no controlador do rob onde registado o tipo de alarme que ocorreu e a data e hora deste Para se iniciar novamente o movimento do rob depois de ocorrido o alarme ou seja o StartMove necess rio premir o bot o OK que podemos observar na figura 4 27 Bot o Emerg ncia Figura 4 27 Bot es de OK e Emerg ncia 4 3 3 2 Paragem de Produ o A paragem de produ o ocorre de dois modos Pressionando o bot o Fim de caixa ou o bot o Fim de palete O bot o Fim de caixa destina se a parar o processo de paletiza o na caixa atual que vai ser posicionada finalizando assim a palete que se encontra a ser constru da 48 Cap tulo 4 Proposta de Solu o O bot o Fim de palete destina se a finalizar a paletiza o no final da palete atual
13. Geneva 2007 Dispon vel em http www dis uniromal it deluca rob1 2007 WorldRobotics ExecSummary pdf consultado a 7 de agosto de 2012 53 REFER NCIAS 10 World Industrial Robots 2008 Statistics and Forecast United Nations e International Federation of Robots Geneva 2008 Dispon vel em http www doc88 com p 14065708460 html consultado a 7 de agosto de 2012 11 ABB IRB1600 User s Manual ABB Flexible Automation 2010 12 Product Specification IRC5 with Flexpendant ABB Flexible Automation 2004 13 Cat logo Nacional 2012 SMC Pneumatics 2012 Disponivel em http www smcbr com br pt_br catalogo nacional capitulo 9 componentes para vacuo pdf consultado a 9 de agosto de 2012 14 Product Specification W160 SICK Group 2006 15 Guia de Dete o Industrial 2012 Omron Industrial 2012 54 ANEXO 1 MANUAL DO UTILIZADOR 55 ANEXO 1 NDICE 12 TO CRUG A E ed ta a d Sad cea 57 Za Mico a MUP CAO as e a da ua ad di aa e ea dada n id 58 3 Nova PAlCIIZACAG gasea dot sata ga n agence ad Sa OU c dala aaa ad dia a 59 4 Paleliza o i ree TIM Cais pissi pa auto oc at ata e sos 61 4 1 Menu Salvar Dados 12 sesetpsesimaga sd meted A Genta ial aa aaa 62 de Manutencao soise Seat fase pa o atata a Bea ta Ss ia e Bat aa bi Bal a 63 Sado Menu Testar Vemos s cai esson a dacii thu eh aa aaa d aie 64 5 2 M n Testar Lampadas sairia ol aa a ll Di apa A 64 5 34 Menu Estado VO scores voce deicnges ees ei
14. aaa da aa 24 Figura 3 10 Princ pio de funcionamento da fibra Gtica 15 eee emana 25 Figura 3 11 Sensor tico e a cabe a do sensor utilizados nenea emana ea 25 Fisura 3 12 Modelo Util ZAO rc eee carte e e ca E E E E ip tine 26 Figura 3 13 Modelo utilizado issesessaisoa isto nee erga dia boda eed een ceded dace 27 Figura 4 1 C lula flex vel desenvolvida casei si casio ca tu iai ag aaa at i aaa aaa i ada 30 Figura 4 2 Ferramenta desenvolvida vista de topo e da base eee 31 Figura 4 3 Porta paletes constru do vista de topo e da base eee 32 Figura 4 4 Mesa usada para simular o transportador serra 32 Figura 4 5 Sensores implementados na mesa nenea eee enma enma en aenaee 33 Figura 4 6 Botoneira desenvol vidas ceace c act fee deisel pt a 0 tat poche 33 Figura 4 7 Fluxograma do algoritmo da Main Principal men eee eee 35 Figura 4 8 Menu principal da aplica o desenvolvida enma 36 Figura 4 9 Menu Nova Palciiza o ss en Ud des Rd Mn 37 Figura 4 10 Janela de informa o iat oaie la ai ca a i ai a a real nat aa 37 Figura 4 11 Menu onde se define o afastamento entre caixas 38 Figura 4 12 Janela do menu Verificar dados rrenan 38 Figura 4 13 Janela de informa o aus cc ot sense eee Se d a aaa AROS 39 Figura 4 14 Janela do menu N de Paletes ceessesscssseeconsesscesotsonecosesscensesaetsoreneteneeess
15. de Solu o 4 3 Descri o do algoritmo desenvolvido 4 3 1 Introdu o O algoritmo foi desenvolvido atrav s da linguagem de alto n vel Rapid linguagem essa que usada na programa o de rob s da ABB A fun o principal da aplica o dar ao operador v rias op es antes de este iniciar a paletiza o Nesse sentido este tem a op o de criar uma paletiza o introduzindo todos os dados necess rios das dimens es das caixas e palete bem como o n mero de camadas que se desejam em cada palete Existe outra fun o onde foram anteriormente pr definidos par metros relativos caixa palete e camadas no entanto estes podem ser alterados e guardados sempre que necess rio A aplica o apresenta tamb m fun es de alarmes e de dados de produ o Para uma melhor compreens o da descri o deve se consultar a algoritmo que se encontra em anexo digital A aplica o de interface entre o controlador e o operador foi desenvolvida atrav s da aplica o ScreenMaker aplica o essa disponibilizada no software de simula o RobotStudio da ABB que possibilita a cria o e simula o offline de sistemas flex veis de fabrico Essa aplica o tem como objetivo dar ao operador atrav s de uma interface intuitiva todas as op es programadas Para uma melhor compreens o do programa desenvolvido criou se um manual do utilizador que ajuda a entender como o sistema funciona o manual pode ser consultado no anexo
16. e Dimens es da palete e Dimens es da caixa e N mero de camadas a paletizar 59 ANEXO 1 1 Auto Motors On Zz IRB1600 DANIEL Running 3 of 3 Speed 100 x Lactogal Palete Caixa N Camada Comprimento Comprimento Largura Largura Camada fo Altura Altura Carregar e Production x ai Figura 3 Menu para introdu o dos dados Para se efectuar a introdu o dos par metros deve se carregar sobre o editor de n mero e de seguida aparecer um teclado para introduzir todos os dados eo Ea Figura 4 Teclado para introdu o dos dados Depois de introduzidos os par metros seleccione o bot o Carregar Nota Continua no cap tulo Menu Dados 60 ANEXO 1 4 PALETIZA O PR DEFINIDA D No Menu Principal escolha o bot o Paletiza o Pr definida de seguida surgir o seguinte menu Ver figura 5 G Auto Motors On 3 da IRB1600 DANIEL Running 3 of 3 Speed 100 x Lactogal Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 Palete Caixa N Camada Comprimento 1200 450 Altura Bs Altura 150 Carregar Production A d Es Figura 5 Menu Paletiza o Pr definida No menu representado na figura anterior o utilizador ter de seleccionar uma das op es dispon veis e Tipo 1 Este separador permite ao utilizador ter acesso aos dados guardados na posi o 1 e Tipo 2 Este separador permite ao utilizador ter acesso aos dados guardados na posi o
17. implementados para esse efeito s o perfil de alum nio de 15 15 mm injetores de v cuo sensores ticos com fibra tica ventosas de silicone c ncavas e componentes de v cuo necess rios tubos ligadores entre outros Os perfis de alum nio constituem a estrutura r gida da ferramenta os elementos pneum ticos injetores e outros componentes de v cuo e as ventosas servem para criar o v cuo necess rio para a movimenta o das caixas Os sensores ticos com fibra tica detetam a queda das caixas quando estas est o a ser manipuladas pelo rob O resultado final da constru o da ferramenta pode se observar na figura 4 2 30 Cap tulo 4 Proposta de Solu o Figura 4 2 Ferramenta desenvolvida vista de topo e da base 4 2 1 1 Teste ao rg o terminal desenvolvido As caixas de queijo pesam entre 12 a 13 kg de massa quando completas e como adquirimos ventosas que suportassem cerca de 15 kg pensamos verificar se a ferramenta conseguiria suportar caixas com diferentes massas Enchemos uma caixa com as seguintes massas 12 13 5 15 17 e 18 kg A tabela 4 1 apresenta os resultados obtidos dos testes a que a ferramenta foi sujeita O rg o terminal n o se encontrava integrado no rob pois como referido anteriormente este s tem 6 kg de capacidade de carga Quadro 4 1 Testes realizados ferramenta de trabalho Testes realizados ao conjunto ferramenta de trabalho e caixa com massa
18. para coloca o de paletes erra 32 Aos Mranspo rtador de Cal RAS sig a aed pc can ial pa ll add aa ei aaa 32 Add hterface RODOLLOA sc cca e aaa 3 ai a a ata aa a 33 4 3 Descri o do algoritmo desenvolvido eee nea nea nneeenneeenneeenneeene 35 Al troducao Ls sans CE aia Sei E au 28 a a aa i se ia 35 4 3 2 Area PIIDCIDAL e BENG CU ia aa a Ciesla eS ada aa 35 432A Noya Pale OZ ACA asa ES E a la ct d ia a ep 36 4 3 2 2 Paletiza o Pr definida isa intial ta a ada dd c pl aaa dia agale ad 41 4 323 Mantenga isca o QU da 2 ll E Atanas 43 ASDA SALL sina anecdota END 45 43 29 Processo d paleti ZaCAor gt sanatati gl aie ala Duo ba tirul 46 4 3 3 Tarefa associada aos alarmes e paragem de produ o 47 Asa Tipos de PVATINES si sotia ga aie a 09 0 acacia Plc ale dela a it 47 4 amp 3 3 2 Paragem de Producao ssa ceea nie iii at age eet eae ieee 48 4 3 4 Tarefa de produ o cea si aul ia aia n a la al acad a aaa oala ala 49 5 Conclus es e Trabalhos Futuros gras ti a a Data A dida ial da e 51 dr SC OMCIUSOES DETAILS sanada ID audi a 51 5 2 Trabalhos TOUTOS ssa acessories pies te eng ogee ended aa a al tens feno 52 EE e E E E EE T 53 PD ab CON PARAR E CIR AV EE S E i za adi UR lo a RR RR 0 a a 55 XIV NDICE DE FIGURAS Fig ra 2 1 RODO Uniao 25 eee a za Da eis SEO od E i a adie 4 Figura 2 2 Rob s industriais ns acacia ca ca aia e a ada ae cal dada aid a ad 5 Figur
19. pretendido atrav s do teclado que ir surgir no ecr e depois prime se o bot o Carregar para carregar esse n mero ou Sair para voltar para o menu principal anulando todas as opera es realizadas antes 73 ANEXO 1 9 4 Finalizar processo de inser o dos dados Depois de se ter escolhido entre a paletiza o em modo cont nuo ou a introdu o do n mero de paletes surgir novamente o menu Dados Pressionar o bot o Sair para voltar ao menu principal e em seguida escolher o bot o Monitor Este bot o permite nos entrar no menu que nos dar informa es sobre tudo o que se est a passar 10 BOTONEIRA EXTERIOR Bot o Posi o de Manuten o 1 Bot o Emerg ncia Bot o Ventosas Bot o Posi o de Manuten o 2 Figura 23 Botoneira vista de topo A figura acima mostra a botoneira exterior que permite realizar as seguintes ac es e Bot o OK Com este bot o activa se qualquer ac o do rob depois de ter sido accionado no algoritmo o StopMove e Bot o Posi o de Manuten o 1 Este bot o faz com que o rob se mova para a posi o da figura 24 Ver nota e Bot o Posi o de Manuten o 2 Este bot o faz com que o rob se mova para a posi o da figura 25 Ver nota e Bot o Ventosas Com este bot o activam se desactivam se as ventosas Ver nota e Bot o Emerg ncia Com este bot
20. 1 4 3 2 Tarefa principal A tarefa principal confere ao sistema de paletiza o a gest o deste permitindo ao operador ter acesso a v rias op es Figura 4 7 Fluxograma do algoritmo da Main Principal A figura 4 7 mostra o algoritmo desenvolvido para a tarefa principal que apresenta a seguinte configura o e Menu Nova Paletiza o apresenta se como o procedimento em que o operador introduz as dimens es da caixa e da palete 35 Cap tulo 4 Proposta de Solu o e Menu Paletiza o Pr Definida apresenta se como o procedimento em que o operador escolhe as dimens es da caixa e da palete tendo estas sido guardadas previamente e Menu Manuten o apresenta se como o procedimento em que o operador pode realizar a manuten o na c lula flex vel de fabrico e Menu Sair apresenta se como o procedimento de paragem da aplica o Para complementar o algoritmo foi desenvolvida paralelamente a aplica o GUI que segue as indica es que foram programadas em Rapid no algoritmo Na figura 4 8 ilustra se o menu principal visto pelo operador na consola HMI que apresenta os menus do algoritmo descritos anteriormente Esta figura apresenta ainda os menus de Monitor atrav s do qual o operador tem acesso a toda a informa o sobre o que se est a passar com o processo bem como o menu Produ o que d acesso a toda a informa o sobre a produ o Auto Motors O
21. Interface International Federation of Robotics Picking Packing e Palletizing ou Placing Graphical User Interfaces Campus Area Network Liquid Crystal Display Light Emitting Diode Dynamic Random Access Memory Megabytes Metro Voltage Direct Current Volts Miliamp re kiloPascal Segundo Voltage Alternating Current Grama Amp res Minuto XXI xxii 1 Introdu o 1 1 Motiva o e objeto da disserta o N N Atualmente muitas empresas recorrem automa o e rob tica para serem mais competitivas no mercado Estas est o a melhorar as suas linhas de produ o recorrendo cada vez mais a sistemas robotizados com o intuito de aumentarem o volume de produ o e simultaneamente melhorarem a qualidade dos produtos De facto nos dias de hoje muitas empresas n o conseguiriam ter os n veis de produ o e qualidade se n o utilizassem rob s nas suas linhas de fabrico Esta disserta o surge integrada na colabora o existente entre a Lactogal Produtos Alimentares S A e a Escola Superior de Tecnologia e Gest o de Viseu ESTGV e procura dar resposta necessidade de criar um sistema de paletiza o mais eficiente no setor de pesagem etiquetagem do queijo na unidade fabril de Oliveira de Azem is Pretende se com a introdu o de novas tecnologias fazer uma atualiza o tecnol gica e aumentar o n vel de produ o em n veis industriais para que a empresa se mantenha na linha da frente do seu mer
22. Manuten o G Auto Motors On z X IRB1600 DANIEL Stopped 3 of 3 Speed 100 Ventosas Electrovalvula 1 Electrovalvula 2 Electrov lvula 3 Electrovalvula 4 DO10_12 v DO10_3 a DO10_5 w DO10_7 D0102 i vo104 mns jDovos e Production 7 e WA nd Co a aa Figura 8 Menu Testar Ventosas 5 2 Menu Testar L mpadas O menu da figura 8 apresenta as seguintes op es e ON Com este bot o activam se as l mpadas e OFF Este bot o permite ao utilizador desactivar as l mpadas e Sair Este bot o permite ao utilizador voltar para o menu Manuten o 64 ANEXO 1 Auto Motors On IRB1600 DANIEL Stopped 3 of 3 Speed 100 Lactogal bx L mpadas DO10_9 wo DO10_10 ad DO10_ii r E Production Window 2 tons aa Figura 9 Menu Testar L mpadas 5 3 Menu Estado I O Neste menu o operador poder seleccionar uma das seguintes op es 65 Entradas Este separador permite ao utilizador ter acesso ao estado das entradas digitais Ver figura 10 Sa das Este separador permite ao utilizador ter acesso ao estado das sa das digitais Ver figura 11 Sair Este bot o permite ao utilizador voltar para o menu Manuten o lt P Auto Motors On 3 x IRB1600 DANIEL Stopped 3 of 3 Speed 100 Lactogal Sensores Palete Posi es de Manuten o OK Emerg ncia Sensor Caixa DI10_10 p DIHO 6 a DIO 16 bio O DI11_1 DI11_2 D012 O DI10 9
23. Produtos Alimentares S A in Oliveira de Azem is In this proposed robotic palletizing system the plant operator can enter the dimensions of the boxes and pallets Besides this the number of layers may also be entered which gives great versatility and flexibility to the system The document approaches all elements of industrial automation used and developed tools giving information on these with the goal of making the accomplishment of the task safe and efficient vi PALAVRAS CHAVE Rob tica Paletiza o Automa o industrial vii viii KEY WORDS Robotics Palletizing Industrial Automation 1X AGRADECIMENTOS Gostaria de agradecer ao meu orientador Professor Doutor Ant nio Manuel Pereira Ferrolho a forma como orientou o meu trabalho de Mestrado Os seus conselhos e a sua preocupa o com o meu trabalho contribu ram decisivamente para a realiza o da parte pr tica e para a elabora o da tese Agrade o tamb m ao meu monitor de projeto na Lactogal Produtos Alimentares S A Engenheiro Carlos Manuel Oliveira o seu aux lio sempre que foi oportuno e os constantes conselhos em particular no esfor o desenvolvido para me dar todas as informa es necess rias Lactogal Produtos Alimentares S A pela oportunidade de trabalhar neste projeto e por toda a disponibilidade porque nunca colocou qualquer entrave quando foi necess rio trazer material para efetuar testes Aos meus colega
24. Rob s manipuladores industriais eee eee eee nn eenaaee 5 2 2 2 Automa o industrial associada Rob tica Industrial eee eenaeee 6 2 3 Rob tica Industrial em Portugal os ese scop datat i E O a 9 2 3 1 Tipos de manipuladores industriais instalados 2 0 0 nenea eee 9 2 3 2 Principais APHUA ES aona aie dp ee A ied nl a 10 24 Processo de paletizac o cecene ocoale a ta a 11 DAM Pal ZACAG de CARAS secs tata sin a adaugat a ll 30 11 24 2 Processo r pido eficiente cessisse pause ad c es Doda dada sa iad nadie 13 3 gt Apresentacao do problema successes ani 030 99 a 0 al 15 Dal INTrOCUC D scosese lada aaa ada at ali 15 Ss PLATE are Gispomi vel sossego ste tn quo tages al aa a da es aaa d ac 17 Sal RODO e Controlador cz ca ea az a al a aa a e Dao ce i 17 3 2 2 Elementos que constituem a ferramenta de trabalho 21 3 2 3 Sensores de dete o das caixas e SCOUrAN A mastianas ti sn n na a oa anta 25 Sand Sens tes JECOMACIO essi eek cA eee aaa d d 26 B Proposta CS solucao lt 6 sase 2 09 at E 0 ta n E viet cae d la ee ogee 29 A Introdu o ipon a ata aa dn d pl ci a add pa ata aia ad dacat 29 NDICE GERAL 4 2 Hardware desenv DVI CIO ste aie ca tone ga e ao a a Sais anu at Sl as a e a 29 4 2 1 Ferramentade Trabalho iaca pa cuie 08 ea aa cad ada ia aia cioaca ou dada needs 30 4 2 1 1 Teste ao rg o terminal desenvolvido cee nenea 31 4 2 2 Plataforma
25. a 2 3 Compara o entre o bra o humano e o bra o rob tico 3 eee 6 Figura 2 4 Configura es pitch yaw roll Y XZ e roll pitch roll ZY Z respetivamente 3 6 Figura 2 5 Vantagem a n vel produtivo da rob tica 2 eee eee ennae 7 Figura 2 6 V rios estados do produto at este representar um produto acabado 2 8 Figura 2 7 Organiza o do tipo CIM Computer Integrated Manufacturing 5 9 Figura 2 8 Varia es dos n meros de rob s industriais instalados em Portugal 7 8 9 10 10 Figura 2 9 Capacidade de carga do rob 3 acusam ce evades dana ac ua dada dada 12 Figura 2 10 AGV transportador de paletes eeccceessecesnceceeseeceeneeceeneeceeeeeceeeeceeeeeeseeeesaes 13 Figura 3 1 Layout do sistema em 3D i cei aie tat ct pa tu a tal aa ad pata ala ai 3 16 Figura 3 2 Layout 3D da ferramenta vista de topo e da base respetivamente 16 Figura 3 35 Robo ABB IRB 1600 sara a tes tenderness Saias Irado alla caspa prediais 17 Figura 3 4 V rias posi es de montagem do IRB 1600 eee eee 18 Fig ra 3 5 Volume de traballio cae acele A oe eA aa Re eG 18 Figura 3 6 Controlador IRC5 com Flexpend ant cena eee enma nana 20 Figura 3 7 Perfil de alum nio utilizado ase ca ac ne ei ace aaa i al cn ca d E 22 Figura 3 8 Modelo utilizad0siiss 24 nosedive eet a a d a n e a ta aa 22 Figura 3 9 Modelo utilizado s rna acetone a aa E d
26. a comunica o intera o Atualmente nas f bricas modernas existe uma grande colabora o entre o trabalho humano e o trabalho realizado por elementos de automa o industrial rob s manipuladores e m veis aut matos program veis equipamentos pneum ticos e hidr ulicos entre outros Essa realidade coloca enormes desafios rea de I amp D pois necess rio criar dispositivos e softwares de interface homem m quina HMI bastante simples intuitivos e acima de tudo seguros Isso deve se baixa previsibilidade humana que coloca os sistemas autom ticos em situa es dif ceis nomeadamente em sistemas que n o podem parar com frequ ncia Outro enorme desafio a agilidade que hoje em dia se tornou num fator bastante importante O reduzido prazo de validade dos produtos e a necessidade premente de ter sistemas de produ o adaptados s necessidades de mercado tornam imperioso tirar o m ximo partido dos equipamentos de automa o industrial existentes na unidade industrial o que exige uma coordena o e distribui o de tarefas muito eficiente O processo produtivo automatizado um processo que foi estudado e racionalizado em fases Este encontra se organizado em c lulas flex veis de fabrico cada uma destas realiza um Cap tulo 2 Estado da Arte determinado n mero de tarefas sobre as mat rias primas ou produtos semiacabados at que estes cheguem a ser o produto final a entregar ao cliente O pe
27. a melhor repetibilidade e velocidade A perce o sensorial que pode ir do mais simples sensor at aos modelos de vis o tridimensionais um dos elementos indispens veis para os manipuladores terem informa o sobre o trabalho que est o a desenvolver e sobre o ambiente em que est o inseridos Mas para tornar os rob s mais leves e flex veis muito trabalho ainda tem de ser realizado em termos de programabilidade controlo de for a retroa o visual perce o sensorial e at novas estruturas mec nicas Na ltima d cada os fabricantes de manipuladores industriais abandonaram o conceito segundo o qual o rob era uma m quina de uso diversificado e substitu ram no por um conceito de uso espec fico Devido s necessidades de mercado os construtores de rob s industriais criaram rob s dedicados a fun es espec ficas de que resultam melhores desempenhos e pre os mais econ micos para os clientes industriais Assim podemos encontrar rob s industriais dedicados soldadura por arco paletiza o pintura e por vezes preparados para ambientes espec ficos como por exemplo atmosfera explosiva A figura 2 2 mostra alguns exemplos referidos Cap tulo 2 Estado da Arte Figura 2 2 Rob s industriais 2 2 Automa o industrial 2 2 1 Rob s manipuladores industriais Os rob s manipuladores industriais tentam imitar o bra o humano na realiza o das tarefas O bra o humano constitu do por sete graus d
28. a que ocorra um travamento entre as caixas Desta forma fazemos uma palete mais segura e est vel no sentido em que diminui a probabilidade de as caixas ca rem aquando do processo de paletiza o Em seguida ocorre a movimenta o do rob para colocar as caixas na palete A rotina rCorrecao Pontos procede ao c lculo do posicionamento que o rob deve tomar para colocar a primeira caixa da palete pois com o posicionamento desta as seguintes ser o colocadas com recurso a offsets em rela o primeira ou seja o rob calcula as coordenadas para coloca o de uma nova caixa As caixas estar o espa adas entre si com o afastamento definido pelo utilizador 4 3 3 Tarefa associada aos alarmes e paragem de produ o Esta tarefa foi criada com o objetivo de detetar todos os alarmes e paragens de produ o Os alarmes e paragens de produ o s o detetados pelas entradas digitais que definimos na interface rob tica 4 3 3 1 Tipos de Alarmes Os tipos de alarmes associados tarefa s o Falta de ar comprimido n mero de caixas ca das e n mero de vezes que acionamos o bot o de emerg ncia passagem na barreira de seguran a palete fora do lugar quando a paletiza o est a decorrer Esta rotina faz com que o rob efetue o StopMove ou seja faz com que o rob pare de se movimentar quando ocorre um alarme e este fica exatamente no ponto onde se encontrava antes de ter ocorrido o alarme e acende a l mpada laranja da botoneira
29. aixas Para esse efeito decidiu se utilizar sensores ticos de fibra tica Os sensores ticos com fibra tica apresentam a vantagem de poderem ser aplicados em locais de dif cil acesso onde imposs vel alojar um sensor fotoel trico comum ou ainda em locais onde a temperatura de opera o n o permite a instala o dos sensores fotoel tricos Os sensores fotoel tricos com fibra tica s o constitu dos por duas partes o amplificador e a cabe a de dete o O amplificador cont m o emissor a fonte de luz e o recetor detetor juntamente com os respetivos componentes eletr nicos O cabo de fibra tica o meio utilizado para transferir a luz at a cabe a de dete o A fonte de luz um LED transmite o feixe de luz pelo cabo de fibra tica refletindo sucessivamente a luz na fronteira entre o n cleo de fibra e a sua bainha Ao chegar ao fim da fibra a luz dispersa se na extremidade como mostra na figura 3 10 24 Cap tulo 3 Apresenta o do Problema LED Bainha Condutor Aprox 60 Figura 3 10 Princ pio de funcionamento da fibra tica 15 Ea Me Figura 3 11 Sensor tico e a cabe a do sensor utilizados A figura 3 11 mostra o sensor utilizado o WLL160 E420 da SICK No quadro 3 5 podemos observar as principais caracter sticas do sensor tico com fibra tica Quadro 3 5 Principais caracter sticas do sensor tico 14 Principais caracter sticas do sensor tico Fabrica
30. ardar os dados inseridos e de seguida premir o bot o voltar para voltar para o menu Depois de seleccionado o tipo seleccione o bot o Carregar Paletiza o Pr definida Nota Continua no cap tulo Menu Dados 62 ANEXO 1 5 MANUTEN O No Menu Principal escolha o bot o Manuten o de seguida surgir o seguinte menu Ver figura 7 G Auto Motors On 3 x IRB1600 DANIEL Stopped 3 of 3 Speed 100 Manuten o wy Testar Ventosas Testar L mpadas Estado 1 0 a Manut Peri dica Production Figura 7 Menu Manuten o O operador ter de escolher uma das op es dispon veis e Testar Ventosas Com este bot o o operador tem acesso ao menu Testar Ventosas e Testar L mpadas Este bot o possibilita ao operador ter acesso ao menu Testar L mpadas e Estado I O Pressionando este bot o ter acesso ao menu Estado I O e Manuten o Peri dica Este bot o permite ao operador efectuar a manuten o peri dica Nota Este bot o s se encontra acess vel quando o n mero de paletes total for 2000 4000 ou seja de 2000 em 2000 e Sair Este bot o permite ao utilizador sair para o menu principal da aplica o 63 ANEXO 1 5 1 Menu Testar Ventosas O menu da figura 8 apresenta as seguintes op es e ON Com este bot o activam se as ventosas e OFF Este bot o permite ao utilizador desactivar as ventosas e Sair Este bot o permite ao utilizador voltar para o menu
31. cado Atualmente a paletiza o no setor do queijo na linha de produ o da Lactogal Produtos Alimentares S A realizada manualmente por operadores humanos No sentido de alterar esta situa o no presente documento apresenta se o desenvolvimento de um estudo com vista cria o de uma c lula flex vel de fabrico usando um rob manipulador industrial destinada paletiza o de caixas nesse setor A solu o apresentada dever distinguir se de todas aquelas que existem presentemente no mercado industrial pois dever possibilitar um sistema Cap tulo 1 Introdu o de paletiza o vari vel nas dimens es da caixa da palete e tamb m no n mero de camadas a paletizar Como j foi referido esta c lula destina se a uma futura implementa o no setor do queijo na unidade industrial de Oliveira de Azem is 1 2 Organiza o do documento Este documento est organizado em cinco cap tulos onde se descreve todo o trabalho realizado Na presente sec o apresentam se de forma muito sucinta os conte dos de cada um desses cap tulos No primeiro cap tulo faz se uma introdu o geral que serve para explicar a motiva o a necessidade e os objetivos pretendidos com a realiza o desta disserta o No segundo cap tulo faz se uma introdu o rob tica e s suas aplica es mas dando principal relev ncia sua aplica o no trabalho No terceiro cap tulo descreve se o problema e os eq
32. caixas e as coordenadas para o rob posicionar as caixas sobre a palete v o sendo recalculadas at a palete estar formada na sua totalidade Neste momento a palete removida da esta o por um operador Figura 3 2 Layout 3D da ferramenta vista de topo e da base respetivamente Na figura 3 2 podemos ver um poss vel layout da ferramenta a desenvolver Este layout apresenta uma ferramenta com ventosas de v cuo que pode ser redimensionada manualmente pelo operador para diferentes tipos de caixas 16 Cap tulo 3 Apresenta o do Problema A escolha de ventosas de v cuo surge por ser uma tecnologia muito usada na ind stria de paletiza o e por nos garantir que consegu amos uma ferramenta bastante mane vel 3 2 Hardware dispon vel Depois de apresentado o contexto geral do problema ser apresentado de seguida o hardware dispon vel para o estudo e uma breve descri o deste Ser o apresentadas as caracter sticas do rob dispon vel e o seu controlador como tamb m as especifica es dos elementos que constituem a ferramenta de trabalho bem como todos elementos de automa o industrial que ser o usados na constru o do sistema de paletiza o robotizado 3 2 1 Rob e Controlador O rob apresentado na figura 3 3 o ABB IRB 1600 6 1 45m Este manipulador apresenta uma estrutura antropom rfica com punho esf rico e est vocacionado para opera es de soldagem a arco de fundi o de manuten
33. cas do rob ABB IRB 1600 11 c eee eee 19 Principais caracter sticas do controlador IRCS 12 cece cece eee e eee ees 21 Principais caracter sticas do injetor de v cuo 13 cece eee 23 Principais caracter sticas das ventosas 13 c ccc eee eee 24 Principais caracter sticas do sensor tico 14 20 cece cece cece ee eee eee eens 25 Principais caracter sticas do sensor tico escolhido 15 cece eee 26 Principais caracter sticas do sensor escolhido 15 cece eeeeeeeee eens 27 Testes realizados ferramenta de trabalho c cece cece cece eee e eee eens 31 Interface Robotica Entradas asus aa acea acte a da ba a adie ae aa dt a a ag d 34 Interface Rob tica Sa das sasori ns ia elada i dia at 34 XVil xviii s o Litro Di metro Graus SIMBOLOGIA XIX XX ABREVIATURAS E SIGLAS ESTGV CSV CIM GM I amp D AGV kg RS 232 RS 485 Inc GM SCARA IBM HMI IFR PPP GUI CAN LCD LED DRAM Mb VDC mA kPa VAC Min Escola Superior de Tecnologia e Gest o de Viseu Comma Separated Values Computer Integrated Manufacturing General Motors Investiga o e Desenvolvimento Automatic Guide Vehicle Quilograma Recommended Standard 232 Recommended Standard 485 Incorporated General Motors Selective Compliance Assembly Robot Arm International Business Machines Mil metros Human Machine
34. ch roll ZYZ respetivamente 3 2 2 2 Automa o industrial associada Rob tica Industrial De todos os equipamentos usados na Automa o Industrial os rob s industriais s o aqueles que apresentam o melhor r cio entre o custo de produ o por unidade de produto em rela o ao volume de produ o para pequenos m dios volumes de produ o como mostra a figura 2 5 4 Cap tulo 2 Estado da Arte Custo por Unidade Automa o Dedicada Rob Trabalho qesssssssses Manual penannassyereeeeeet Zona da Robotica Industrial a Pequena M dia Grande Volume Figura 2 5 Vantagem a n vel produtivo da rob tica 4 Com as caracter sticas atuais de mercado elevada concorr ncia produtos em parte definidos pelos clientes produtos com tempo de vida curtos uma maior qualidade a menor pre o entre outros as empresas n o produzem para terem grandes stocks produzem apenas em pequena ou m dia escala ou seja consoante as encomendas que surgem Este facto levou crescente implementa o de rob s A utiliza o destes em ambiente industrial n o um assunto fechado mas sim um assunto com grande interesse para os processos de Investiga o e Desenvolvimento I amp D Esses desafios de I amp D t m como base a intera o dos operadores humanos com os rob s manipuladores pois estes coabitam em ambiente industrial Nestas circunst ncias necess rio criar interfaces que possibilitem a su
35. de dos eixos Eixo 1 150 s Eixo 2 160 s Eixo 3 170 s Eixo 4 320 s Eixo 5 400 s Eixo 6 460 s Carga maxima 6 kg Dimens es da base do rob 484 x 648 mm Altura total 1294 5 mm Massa 250 kg Repetibilidade 0 05 mm No quadro 3 1 podemos ver as principais caracter sticas do ABB IRB 1600 instalado no laborat rio de Automa o da ESTGV 2 Como qualquer outro rob industrial o ABB IRB 1600 controlado por um sistema eletr nico computorizado controlador que o respons vel pela tarefa de controlar a estrutura mec nica coordenando a a o dos motores das juntas de acordo com a informa o sensorial de posi o e velocidade e por vezes de acelera o e do movimento a executar o qual foi programado anteriormente Isso significa capacidade de programa o local armazenamento de informa o bem como algoritmos de controlo e planeamento de trajet rias que descrevem a estrutura mec nica e o respetivo movimento Por isso dadas as exig ncias de precis o e velocidade das atuais estruturas de produ o aliadas a uma constante evolu o de produtos que exige dos equipamentos de produ o uma grande flexibilidade os sistemas de controlo de rob s industriais s o bastante avan ados Os controladores usam tipicamente multiprocessadores baseados num BUS paralelo industrial standard ou usando um mecanismo de comunica o interno s rie de alta velocidade PROFIBUS RS485 CAN etc Utilizam no
36. destes constituintes A utiliza o dos perfis de alum nio de 15 15 mm deve se ao facto de o alum nio ser um material robusto e bastante leve Mas este apresenta ainda outras vantagens apresenta um perfil bastante mane vel para ser trabalhado e d nos garantia de seguran a para o transporte das caixas 21 Cap tulo 3 Apresenta o do Problema Figura 3 7 Perfil de alum nio utilizado Na figura 3 7 podemos observar o perfil escolhido A op o de este ter 15 15 mm deve se ao facto de este se encontrar dispon vel em stock nas instala es da ESTGV Para movimentar as caixas necess rio criar v cuo para que as ventosas peguem nas caixas com seguran a O v cuo consiste nas press es inferiores press o atmosf rica O v cuo medido a partir do zero relativo press o atmosf rica como uma press o negativa sendo o valor m ximo de 1 013 bar v cuo absoluto A diferen a das press es entre o v cuo e a press o atmosf rica convenientemente aplicada sobre superf cies resultar numa for a de suc o que permite a possibilidade de deslocamento de objetos Os geradores de v cuo s o componentes onde este pode ser obtido utilizando se ar comprimido como combust vel Estes operam segundo o princ pio de Venturi n o precisando portanto de partes m veis O ar comprimido passa por um tubo ou difusor em alta velocidade gerando desta forma v cuo Na figura 3 8 podemos observar os injetores de v cuo utili
37. do S A automa o industrial a tecnologia de aplica o Rob tica Revista T cnico Cient fica n 87 2 trimestre 2012 2 Pires J Norberto 2007 Automa o Industrial 4 edi o Lisboa ETEP Edi es T cnicas e Profissionais 3 Apontamentos Te ricos do Prof Doutor Ant nio Ferrolho 4 Pires J Norberto Os desafios da Rob tica Industrial Rob tica Revista T cnico Cient fica n 83 2 trimestre 2011 5 Moon Hong Ju 1999 An Introduction to Industrial Networks Dispon vel em http comscigate com csg ib caseStudies ecacasestudy2004 icat snu intro 2 html consultado a 25 de agosto de 2012 6 Mineiro Nuno Estado da Arte da Robotica Industrial em Portugal Robotica Revista T cnico Cientifica n 87 2 trimestre 2012 7 World Industrial Robots 2002 Statistics and Forecast United Nations e International Federation of Robots New York ONU 2002 Disponivel em http www robosir1 it pdf TOP 203 20JK 20Chapter2 pdf consultado a 7 de agosto de 2012 8 World Industrial Robots 2005 Statistics and Forecast United Nations e International Federation of Robots Geneva 2005 Disponivel em http books google pt books id 4B6Ei1 y4WbcC amp printsec frontcover amp hl pt PT amp source gbs ge summary r amp cad 0tv onepage amp q amp f false consultado a 7 de agosto de 2012 9 World Industrial Robots 2007 Statistics and Forecast United Nations e International Federation of Robots
38. e liberdade uma junta de tr s graus de liberdade o ombro seguida de uma junta com um grau de liberdade o cotovelo e por outra com tr s graus de liberdade o punho A grande maioria dos rob s manipuladores tem geralmente seis eixos que lhe permitem atingir qualquer posi o orienta o no seu espa o de trabalho desde que n o atinjam os pontos de singularidade A exist ncia das singularidades representa uma perda de mobilidade no manipulador industrial mas desde que conhecidas estas podem ser evitadas aquando da realiza o do trabalho Como o bra o humano os rob s manipuladores industriais usam as primeiras juntas para posicionamento no homem representam o cotovelo e o ombro das juntas seguintes o punho que utilizado para orientar o elemento terminal Um manipulador industrial tamb m usa as 5 Cap tulo 2 Estado da Arte juntas do bra o para posicionamento e as juntas do punho para orienta o como se pode verificar na figura 2 3 Figura 2 3 Compara o entre o bra o humano e o bra o rob tico 3 O punho tem geralmente duas configura es pitch yaw roll YXZ como o punho humano ou roll pitch roll Z YZ tamb m denominado de punho esf rico como se pode observar na figura 2 4 Este ltimo o mais usado na rob tica de manipula o devido sua maior simplicidade apesar de apresentar singularidades roll roll Figura 2 4 Configura es pitch yaw roll Y XZ e roll pit
39. emissor recetor Retro refletor M todo de liga o Pr cablado 0 5 m No quadro 3 6 podemos ver as principais caracter sticas do sensor tico escolhido 3 2 4 Sensores de contacto Para detetar a presen a de paletes pensou se construir uma estrutura onde estas podem se ser colocadas Optou se pela utiliza o de sensores de contacto para detetar a presen a de palete pois s o muito usados em aplica es industriais e s o de utiliza o f cil e muito baratos O modelo dos sensores utilizado D4B 4116N da OMRON que um sensor que se apresenta com um corpo met lico robusto ideal para a instala o no porta paletes O sensor apresenta uma alavanca com rolete ajust vel como se pode observar na figura 3 13 Quando a alavanca acionada o sensor ativado 26 Cap tulo 3 Apresenta o do Problema Figura 3 13 Modelo utilizado Quadro 3 7 Principais caracter sticas do sensor escolhido 15 Principais caracter sticas do sensor de contacto Durabilidade Mec nica 30 000 000 opera es no m nimo a o r pida 10 000 000 opera es no m nimo a o lenta El trica 500 000 opera es no m nimo a 250 VAC 10 A de carga resistiva Velocidade de funcionamento 1 mm s a 0 5 m s Frequ ncia de funcionamento Mec nica 120 opera es min El trica 30 opera es min Corrente de curto circuito condicional 100 A Massa 250 g No quadro 3 7
40. ficiente poss vel e com um menor custo para as empresas O presente documento prop e o desenvolvimento do estudo de um sistema de paletiza o robotizada para caixas no setor de pesagem etiquetagem na unidade fabril da Lactogal Produtos Alimentares S A em Oliveira de Azem is Neste sistema de paletiza o robotizado proposto ser poss vel ao operador fabril introduzir todos os dados relativos s dimens es das caixas e das paletes Para al m deste facto tamb m o n mero de camadas pode ser introduzido o que confere grande versatilidade e flexibilidade ao sistema O documento aborda todos os elementos de automa o industrial usados e ferramentas desenvolvidas dando informa es sobre estes com o objetivo de tornar a realiza o da tarefa segura e eficiente iii iv ABSTRACT The palletizing process consists in organizing the products on pallets These products are arranged to construct pallets with stability in order to arrive at the business customers in best conditions when they are transported With the evolution of the new technologies specifically with industrial robotics this process results from a detailed study of each stage of the process with the aim of making it as fast and as efficient as possible and at a lower cost for companies This document proposes the development of the study of a robotic palletizing system for boxes in the industry of weighing labeling in the manufacturing unit of Lactogal
41. ing 5 N vel de Equipamentos 2 3 Rob tica Industrial em Portugal 2 3 1 Tipos de manipuladores industriais instalados Em 1980 ter sido instalado o primeiro rob industrial em Portugal um ABB IRB6 de cinco eixos para soldadura por arco que esteve em servi o por mais de 20 anos 6 Segundo a IFR International Federation of Robotics existem dois tipos de rob s industriais instalados em quantidade significativa em Portugal rob s articulados ou antropom rficos bra o com 4 ou mais eixos e os rob s cartesianos p rtico ou lineares com 3 ou mais eixos Os restantes tipos principais t m uma representa o residual na capacidade implementada Na figura 2 8 podemos observar a varia o do n mero de rob s industriais instalados em Portugal de 1996 a 2007 Cap tulo 2 Estado da Arte N mero de rob s industriais instalados em Portugal 2000 CO DD q 1600 g umo ro N a oe 5 ie es i i oe oe i 5 DI a oe N o ma oo oe 3 Si al ENO SO oo E eee o 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Ano Figura 2 8 Varia es dos n meros de rob s industriais instalados em Portugal 7 8 9 10 Como podemos verificar a implementa o da rob tica em Portugal tem sofrido um aumento gradual ao longo dos anos o que significa que as empresas est o a apostar nesta rea para aumentar a produtividade e diminuir os custos de produ o Atualmente os rob s antro
42. iseu de V Escola Superior de Tecnologia e Gest o de Viseu L Recnico O Ou O mr prar Daniel Loureiro Carreira Sistema de Paletiza o Robotizado no setor de Pesagem Etiquetagem do queijo panico de p Vo e Misa muto Supg po en N Op o tecnologig g CA e scoli si Esco 9 Sup Setembro 2012 iseu de V Escola Superior de Tecnologia e Gest o de Viseu L Rmecnico e ai e par i abenico de p we Vig wt Sup ry ery N On o pe tecnologia do CA v J JA O E Escola Supe Daniel Loureiro Carreira Sistema de Paletiza o Robotizado no setor de Pesagem Etiquetagem do queijo Caso de estudo Lactogal Produtos Alimentares S A Disserta o de Mestrado em Engenharia Eletrot cnica Energia e Automa o Industrial Professor Doutor Ant nio Manuel Pereira Ferrolho Setembro 2012 A minha m e e av s ii RESUMO O processo de paletiza o consiste em organizar os produtos em paletes Esses produtos s o colocados de forma a construir paletes com estabilidade para que quando ocorrer o transporte dos mesmos estes cheguem nas melhores condi es aos clientes das empresas Com a evolu o das novas tecnologias mais precisamente com a rob tica industrial este processo resulta de um estudo pormenorizado de cada fase do processo com o intuito de o tornar o mais r pido e o mais e
43. kup and Restore a Inputs and Outputs b gt Jogging Production Window aos Program Editor a Program Data B Lactogal Log Off ES FE Ez Figura 1 Menu da Flexpendant do Controlador De seguida aparecer o menu principal Auto Motors On IRB1600 DANIEL Running 3 of 3 Speed 100 LLACTOGAL GY Cid aa 2 Nova Paletiza o Paletiza o Pr definida oOo o _ Figura 2 Menu Principal 58 ANEXO 1 O menu principal na figura 2 permite e Nova Paletiza o Esta op o serve para o operador criar um novo tipo de paletiza o Necessita dos dados das dimens es referentes palete caixas e do n mero de camadas e Paletiza o Pr definida Esta op o permite ao utilizador escolher entre os tipos de paletiza es que se encontram guardadas previamente definidas e Manuten o Esta op o permite ao utilizador ter acesso aos par metros de manuten o e Monitor Este bot o possibilita ao utilizador ter acesso s informa es sobre o que o rob est a fazer e Produ o Este bot o proporciona ao utilizador ter conhecimento da produ o e Sair Este bot o permite ao utilizador sair parar da aplica o 3 NOVA PALETIZA O No Menu Principal escolha o bot o Nova Paletizas o como podemos observar na figura 2 Ir aceder a um novo menu onde pode inserir os par metros necess rios sobre a nova paletiza o que ir criar
44. lizador aceder ao menu N Paletes que e permite escolher o n mero de paletes que pretende ver nota e Sair Este bot o permite ao utilizador sair para o menu principal da aplica o G Auto Motors On rq NG IRB1600 DANIEL Running 3 of 3 Speed 100 E VY a Afastamento Verificar dados N Paletes Paletizar em modo continuo Sair Production Jf ww amp Window 4 Lactogal Figura 20 Apresenta a mensagem Paletizar em modo cont nuo Nota Importante Aquando da realiza o da paletiza o se accionado o bot o Fim de Caixa ou Fim de Palete o procedimento termina na coloca o da caixa actual ou com o final da palete actual respectivamente e volta para a posi o de repouso 9 4 Menu N mero de Paletes Com a op o pela inser o do n mero de paletes a paletizar o operador ter acesso ao bot o N Paletes Ver figura 21 72 ANEXO 1 Auto Motors On z x IRB1600 DANIEL Running 3 of 3 Speed 100 Lactogal Afastamento Verificar dados N Paletes N de Paletes a Paletizar Bot o N Paletes Production e window Figura 21 Apresenta o acesso ao bot o N Paletes Depois de pressionar o bot o d acesso ao seguinte menu ver figura 22 Auto Motors On i IRB1600 DANIEL Running 3 of 3 Speed 100 x N de Paletes a Paletizar N Paletes Palete s fo Carregar Figura 22 Menu N Paletes Introduz se o n mero de paletes
45. n z IRB1600 DANIEL Running 3 of 3 Speed 100 x x a Nova Paletiza o Paletiza o Pr definida fe Ses aim Figura 4 8 Menu principal da aplica o desenvolvida De seguida ser o apresentados todos os menus desenvolvidos em programa o Rapid e tamb m as respetivas janelas GUI de cada menu 4 3 2 1 Nova Paletiza o O primeiro passo consiste em escolher a op o Nova Paletiza o e de seguida ser necess rio introduzir os dados relativos s dimens es da caixa e palete mas tamb m o n mero de camadas pretendidas como se mostra na figura 4 9 36 Cap tulo 4 Proposta de Solu o AB A Auto Motors On 3 x IRB1600 DANIEL Running 3 of 3 Speed 100 Lactogal Palete Caixa Comprimento fo Comprimento Largura Largura Camada fo Altura Altura N Camada Carregar Production 7 Figura 4 9 Menu Nova Paletiza o Seguidamente necess rio Carregar os dados Depois dos dados carregados o algoritmo pergunta se se Pretende aumentar o afastamento entre as caixas como ilustra a figura 4 10 A i Auto Motors On z x IRB1600 DANIEL Running 3 of 3 Speed 100 Lactogal oE DRC Afastamento Verificar dados N Paletes Pretende aumentar o afastamento entre as caixas N GE E ia Figura 4 10 Janela de informa o Se a resposta for negativa passa se para a pr xima etapa Verificar Dados se a resposta for posi
46. nte SICK Refer ncia do sensor WLL160 E420 Refer ncia do cabo LL3 DBOI Fonte de luz LED Tipo de luz Luz vermelha Comuta o de sa da NPN com coletor aberto Na m o presa desenvolvida foram implementados dois destes sensores A utiliza o deste tipo de sensor e cabo deve se apenas ao facto de estes se encontrarem dispon veis em stock nas instala es da ESTGV 3 2 3 Sensores de dete o das caixas e seguran a Os sensores utilizados para dete o de presen a das caixas e seguran a s o do modelo E3Z D82 G2SHW 05 da OMRON que podemos observar na figura 3 12 Este sensor um sensor de presen a tico ou seja estes sensores utilizam feixes luminosos normalmente na zona do infravermelho e do vermelho O tipo utilizado um sensor por reflex o difusa isto este tipo 25 Cap tulo 3 Apresenta o do Problema de sensor incluem um emissor e um recetor no mesmo corpo de forma que necess rio um material refletor para garantir o seu funcionamento Figura 3 12 Modelo utilizado Quadro 3 6 Principais caracter sticas do sensor tico escolhido 15 Principais caracter sticas do sensor tico Tipo de dete o Reflex o difusa Forma de sa da Sa da PNP Dist ncia de dete o Im Fun es adicionais Comuta o da intensidade de luz Fun es de temporizador Sem temporizador Fonte de luz Luz infravermelhos Tipo de sensor Conjunto
47. nterface Rob tica Entradas Entradas Posi o no IRB1600 Descri o DHO 1 AR OK Verifica a press o do ar comprimido DI10_4 Sensor tico que deteta a queda de caixas n mero 1 DI10_5 Sensor tico que deteta a queda de caixas n mero 2 DIHO 6 Bot o Posi o de Manuten o 1 DHO 7 Bot o Ventosa ON OFF DHO 9 Sensor tico que deteta a presen a de caixas no tapete DINHO 10 Sensor de contacto que deteta a presen a de palete n mero 1 DHO 11 Sensor de contacto que deteta a presen a de palete n mero 2 DINHO 12 Sensor de contacto que deteta a presen a de palete n mero 3 DINHO 13 Sensor de contacto que deteta a presen a de palete n mero 4 DHO 14 Bot o Fim de Palete DHO 15 Bot o Fim na Caixa Atual DI10_16 Bot o Emerg ncia DH1 1 Bot o Posi o de Manuten o 2 DIH1 2 Bot o OK do operador DI11_3 Sensores ticos de Seguran a Quadro 4 3 Interface Rob tica Sa das Sa das Posi o no IRB1600 Descri o DOI10_2 Desativa a Electrovalvula 1 DOIO 3 Ativa a Electrov lvula 2 DOI10_4 Desativa a Electrovalvula 2 DOIO 5 Ativa a Electrov lvula 3 DO10_6 Desativa a Electrovalvula 3 DO10_7 Ativa a Electrovalvula 4 DO10_8 Desativa a Electrovalvula 4 DO10_9 Luz Vermelha DO10_10 Luz Laranja DO10 11 Luz Verde DOI0_12 Ativa a Electrovalvula 1 Cap tulo 4 Proposta
48. o Nova Paletiza o As diferen as residem na possibilidade de os dados se encontrarem guardados previamente e de o operador poder escolher entre tr s tipos como se verifica na figura 4 16 Lactogal Tipo 1 Palete Comprimento 1200 Carregar Production Jf qeu o Dna Figura 4 16 Janela do Menu Paletiza o Pr Definida Auto Motors On 4 IRB1600 DANIEL Running 3 of 3 Speed 100 x Tipo 2 Caixa Comprimento Largura 300 Altura 150 7 Editar Dados Tipo 3 N Camada Os dados podem ser alterados na op o Editar Dados Ao introduzirem se novos dados estes substituem os que foram gravados previamente e passam a ser usados como dados pr definidos Depois da escolha do Tipo necess rio Carregar os dados A partir deste processo as etapas seguintes s o iguais ao processo de Nova Paletiza o como se pode ver na figura 4 17 41 Cap tulo 4 Proposta de Solu o Sair Main Sair do mm Sair Sim Sim 30 mm N o Sair Sair Sair Sim N o Sair Sair Sim N o Sair N o Sair Sim Sim Paletiza o N o Figura 4 17 Fluxograma da Paletiza o Pr definida
49. o o rob p ra imediatamente ativa o StopMove 74 15 ANEXO 1 Nota importante O rob s se move para as posi es de manuten o activa desactiva as ventosas quando se encontra em repouso ou seja sem estar a efectuar qualquer tipo de paletiza o Prime se o Bot o OK para fazer o rob voltar para Posi o de Repouso ver figura 26 quando este se encontra em qualquer posi o de manuten o Figura 24 Posi o de manuten o 1 Figura 25 Posi o de manuten o 2 ANEXO 1 Figura 26 Posi o de repouso L mpada verde L mpada laranja L mpada vermelha Bot o Fim de Palete Bot o Fim de Caixa Figura 27 Botoneira vista de topo A figura acima mostra a botoneira exterior que permite realizar as seguintes ac es e Bot o Fim de Palete Com este bot o activa se o mecanismo de paragem no final da palete actual e Bot o Fim de Caixa Com este bot o activa se o mecanismo de paragem no final do posicionamento da caixa actual 76 ANEXO 1 e L mpadas Com a altern ncia entre as v rias l mpadas verde laranja e vermelho o operador verifica se o processo se encontra ou n o a decorrer sem problemas 11 DADOS DE PRODU O E ALARMES Para ter acesso aos dados deve ligar o cabo Ethernet ao controlador do rob atrav s da porta de servi o 71
50. ompetitividade no mundo dos neg cios e das tecnologias pois influenciam de forma importante as opera es Ao longo deste documento foi apresentado e descrito todo o trabalho realizado no mbito desta disserta o Al m do levantamento bibliogr fico realizado foi apresentada uma proposta de um sistema de paletiza o robotizado Em suma conseguiu se conceber o estudo de uma c lula flex vel de fabrico com a fun o de paletizar caixas para futura utiliza o no setor de pesagem e etiquetagem do queijo na unidade fabril de Oliveira de Azem is da empresa Lactogal Produtos Alimentares S A O sistema disponibiliza uma interface para o utilizador e mostra se como uma aplica o vers til para ser implementada em outros setores que tenham como objetivo a paletiza o de caixas 51 Cap tulo 5 Conclus es e Trabalhos Futuros 5 2 Trabalhos futuros Todos os objetivos propostos foram atingidos no entanto poss vel introduzir novos elementos que levem ao melhoramento do trabalho desenvolvido Pode se ent o 52 Introduzir um transportador de paletes para que os operadores n o tenham de introduzi las manualmente Automatizar a linha de produ o do setor de pesagem e etiquetagem de forma aos utilizadores terem uma interven o m nima Melhorar a interface da Flexpendant Criar uma interface associada ao computador do respons vel de produ o com maiores privil gios REFER NCIAS 1 Silva Ricar
51. onadas corretamente Figura 4 3 Porta paletes constru do vista de topo e da base 4 2 3 Transportador de caixas Como n o foi poss vel a escola adquirir um transportador implementou se numa mesa os elementos de automa o industrial necess rios para simular um transportador como se ilustra na figura 4 4 Figura 4 4 Mesa usada para simular o transportador Implementaram se na mesa tr s sensores fotoel tricos um que deteta se a presen a das caixas e outros dois que servissem de barreiras de seguran a como se ilustra na figura 4 5 32 Cap tulo 4 Proposta de Solu o Figura 4 5 Sensores implementados na mesa Implementou se tamb m uma botoneira que ajuda o operador a ter uma no o do que se est a passar com o processo A figura 4 6 ilustra a botoneira desenvolvida incorporada na mesa Figura 4 6 Botoneira desenvolvida 4 2 4 Interface Rob tica Para que os sistemas tenham uma no o real do ambiente em que est o inseridos e do que se est a passar no momento necess rio atrav s de todos os elementos de automa o industrial que este obtenha informa o para realizar os processos de forma r pida e eficiente Apresenta se de seguida a interface rob tica implementada na c lula flex vel de fabrico Nos quadros 4 2 e 4 3 apresentam se as entradas e sa das digitais no controlador do rob respetivamente 33 Cap tulo 4 Proposta de Solu o 34 Quadro 4 2 I
52. ot o permite ao utilizador aumentar o afastamento entre as caixas em comprimento Largura Comprimento afastamento entre as caixas em largura e comprimento Depois de ter escolhido surgir o menu seguinte Figura 16 Menu para escolha da dist ncia entre as caixas Dever seleccionar uma das op es dispon veis 69 Este bot o permite ao utilizador aumentar o 15 mm Este bot o permite ao utilizador escolher uma dist ncia entre caixas de 15 mm 30 mm Este bot o permite ao utilizador escolher uma dist ncia entre caixas de 30 mm Sair Este bot o permite ao utilizador sair para o menu principal da aplica o ANEXO 1 9 2 Menu Verificar dados De seguida temos de verificar se os dados introduzidos anteriormente se encontram de acordo com o que pretendemos Surgir no ecr da Flexpendant o acesso ao menu Verificar dados e aparecer o seguinte menu com a mensagem Verificar Dados como se pode ver na figura 17 Auto Motors On 4 X IRB1600 DANIEL Running 3 of 3 Speed 100 ANUL Afastamento Verificar dados N Paletes Verificar Dados roduction A Window SF Lactogal Figura 17 Menu com acesso ao menu Verificar Dados No menu da figura 18 surgir o os dados introduzidos previamente com as seguintes hip teses e Paletizar Com este bot o o operador informa o sistema de que os dados que aparecem s o os correctos e Alterar Este bot o permite ao utilizador alterar q
53. para o sistema de entradas e sa das A interface com o utilizador funciona atrav s de uma consola que constitu da por um LCD touch screen bot o de paragem de emerg ncia e um joysitck 20 Cap tulo 3 Apresenta o do Problema Quadro 3 2 Principais caracter sticas do controlador IRC5 12 Principais caracter sticas do controlador IRC5 CPU Pentium Memoria Compact Flash 256 Mb DRAM 256 Mb Comunica o Porta s rie RS 232 RS 422 2 canais Ethernet Entradas Sa das 2 cartas l gicas com 16 16 Linguagem de Programa o Rapid Fontes de alimenta o internas Digitais 24 VDC Anal gicas 2 x 0 10V 3x 10V 4x 20 mA Massa 150 kg No quadro 3 2 podemos ver as principais caracter sticas do controlador instalado no laborat rio de Automa o da ESTGV 3 2 2 Elementos que constituem a ferramenta de trabalho Para as finalidades em causa a ferramenta de trabalho gripper dever ser robusta capaz de transportar caixas com v rias dimens es e que assegure que estas s o transportadas em seguran a Com todas estas caracter sticas esta ferramenta permite uma f cil utiliza o e manuten o Na sua constitui o entram perfis de alum nio de 15 15 mm injetores de v cuo sensores ticos com fibra tica ventosas de silicone c ncavas com di metro de 50 mm e componentes de v cuo necess rios tubos ligadores entre outros Passaremos a analisar cada um
54. pom rficos constituem a maioria dos equipamentos instalados estima se que estejam em opera o mais de duas mil unidades enquanto os rob s cartesianos associados a opera o de descarga na maioria dos casos representam cerca que algumas centenas Mas hoje em dia encontramos tamb m sistemas multibra o consiste em rob s associados ao mesmo controlador sistemas multi eixo rob s sincronizados com posicionadores de v rios eixos e sistemas equipados com sensores avan ados media o laser vis o assistida por computador for a ao n vel das maiores economias mundiais 2 3 2 Principais aplica es No mercado nacional os rob s antropom rficos t m como aplica o a soldadura por arco soldadura por pontos manipula o em geral incluindo PPP Picking Packing e Palletizing ou Placing e carga descarga de m quinas Pode se ent o dizer que tendo em conta a escala no que diz respeito quantidade em termos de avan os tecnol gicos na rea da rob tica de manipula o industrial Portugal se encontra ao n vel das maiores economias mundiais pois apresenta uma enorme variedade de aplica es 10 Cap tulo 2 Estado da Arte Na ind stria atual com bastante facilidade que encontramos rob s O uso da rob tica industrial vai desde as maiores empresas nacionais at s micro empresas sendo que por vezes estas chegam a ter n mero semelhante de trabalhadores e de manipuladores instalados A ind s
55. r e posicionar uma ou mais caixas e Apanhar e posicionar folhas de papel de um local onde estas se encontram para o local onde se encontra a palete e Apanhar e posicionar paletes de um local onde estas se encontram para o local onde a palete deve ser colocada A fun o principal do rob realizar o Picking and Placing Apanhar e posicionar caixas mas dependendo das rotinas programadas dos elementos de automa o industrial que se tenham adquirido e principalmente do espa o que tenhamos podemos usar as outras duas op es descritas 11 Cap tulo 2 Estado da Arte Para o processo de manipula o de caixas preciso utilizar um sistema combinado de dois elementos o elemento rob e a m o presa ou gripper sendo esta desenvolvida especificamente para cada configura o de caixa Na maioria dos casos usam se ventosas ou sistemas pneum ticos como por exemplo pin as dedos ou cilindros pneum ticos para se efetuarem os movimentos necess rios para apanhar a caixa Depois de apanhada a caixa cabe ao rob realizar os movimentos necess rios para a mover para a palete que se encontra numa zona previamente definida A carga que um rob capaz de transportar varia com a velocidade e com a dist ncia do eixo ao punho A figura 2 9 mostra que quanto mais o punho for afastado do eixo menor a carga que podemos transportar Figura 2 9 Capacidade de carga do rob 3 Depois de realizada a paleti
56. rcurso entre o armaz m de mat rias primas at ao armaz m de produtos acabados apresenta v rias fases que est o associadas transi o de uma c lula flex vel para a seguinte Os locais onde se armazenam os produtos semiacabados nas diferentes fases de transi o denominam se buffers A figura 2 6 exemplifica este processo 4 Fornecedores ess L ee je N e gt Clientes Figura 2 6 V rios estados do produto at este representar um produto acabado 4 A necessidade de informa es detalhadas em tempo real sobre as v rias fases de produ o para que o processo produtivo seja o mais eficiente o mais equilibrado e com n veis de produtividade elevada levou cria o de uma organiza o hierarquizada do processo como se pode ver na figura 2 7 Isto veio permitir que durante o processo de produ o haja troca de informa o entre os v rios n veis funcionais das empresas tornando o assim um processo integrado 4 Quem desenvolve os equipamentos de automa o industrial tem perfeita no o da organiza o moderna das empresas e sendo assim adapta os seus equipamentos aos ambientes destas para que se consiga uma explora o exaustiva daqueles Cap tulo 2 Estado da Arte N vel da O Gest o Nivel da Produ o N vel do Processo N vel da C lula Motores V lvulas Rel s Sensores ACDC Figura 2 7 Organiza o do tipo CIM Computer Integrated Manufactur
57. rmalmente sistemas operativos em tempo real que de maneira geral s o 19 Cap tulo 3 Apresenta o do Problema baseados no UNIX S o sistemas de utiliza o essencialmente local que disponibilizam uma linguagem de programa o estruturada no caso do ABB IRB 1600 o Rapid muito semelhante ao PASCAL livrarias de fun es avan adas de manipula o e controlo de posi o possibilidade de gest o de programas e ficheiros bem como dispositivos de interface com o utilizador Normalmente o interface com o utilizador apresenta se numa consola que constitu da por um LCD um teclado bot o de paragem de emerg ncia e eventualmente um joystick Figura 3 6 Controlador IRC5 com Flexpendant A figura 3 6 mostra o controlador associado ao rob ABB IRB 1600 um IRC5 com Flexpendant Este controlador um multiprocessdor com processador Pentium com capacidade de mem ria compact flash Utiliza a linguagem de programa o de alto n vel Rapid linguagem essa orientada a objetos O software do controlador o RobotWare com a vers o 5 11 01 Este apresenta duas cartas l gicas com 16 entradas e 16 sa das digitais cada uma mas com possibilidade de expans o uma porta s rie RS 232 RS 422 Apresenta tamb m dois canais de comunica o atrav s de LAN e porta de servi o para comunica o permanente e n o permanente respetivamente Utiliza os protocolos de comunica o DeviceNet PROFINET e PROFIBUS DP
58. s mas especialmente ao H lder Aguiar que passaram o semestre a elaborar um trabalho semelhante de disserta o mas que sempre que necess rio deram a sua opini o ajuda e principalmente motiva o quando o caminho se tornou por vezes mais sinuoso A todos os que n o foram mencionados mas estiveram envolvidos e me ajudaram no desenvolvimento deste trabalho agrade o tamb m profundamente Por ltimo mas em primeiro plano gostaria de agradecer minha fam lia em especial a minha m e pelo facto de ter investido e acreditado sempre em mim proporcionando me a oportunidade de estar a terminar um curso superior xi xii NDICE GERAL INDICE GERAD ro es ele nr ena eh Ra Bi tema tal ha ik Saad xiii INDICE DE FIGURAS arccess aaa ala aaa asa ada ale al as uda Xv INDICE DE QUADROS se 0 aia ele ada tabla ai ala xvii SIMBOLICA a cas aa cst vas ai da aia fala aa o a bla uda XIX ABREVIATURAS E SIGLAS daco tea Decean a ed aa la Bta al au a dl Bing a XXI Ae lt IMG CAG caiac ce aia d aaa aa do a a ci 9 a da d au esse ae d NR aa 1 1 1 Motiva o e objeto da disserta o ss mi coc mape a awed aaa tn la a aia a aia 1 1 2 Organiza o do documento nice ap sit neta sas aaa sa dap i db cana ada dn apa ad baga aa 2 2o Estado dA Arte ea aula alo aa a i aa a ti al a a inda ada 3 26 DO MICIO AG presente uneia sa ela ea a d ata aa da i aaa d e i ada 3 22 SULOMACAO INCU SEI al sita alea ii lendas aid aa aa aaa aa dul ada 5 2 2 1
59. sta op o p ra a aplica o 67 ANEXO 1 9 MENU DADOS Auto Motors On a K IRB1600 DANIEL Running 3 of 3 Speed 100 Lactogal wo DRC Afastamento Verificar dados N Paletes Pretende aumentar o afastamento entre as caixas E Lactogal N o roduction Window Figura 14 Menu dados Depois de carregados todos os dados aparecer uma mensagem que perguntar Pretende aumentar o afastamento entre as caixas Dever seleccionar uma das op es dispon veis e Sim Este bot o permite ao utilizador ter acesso ao menu de afastamento e N o Este bot o possibilita ao utilizador aceder ao menu Verificar dados e utiliza se o afastamento entre as caixas previamente definido no algoritmo neste caso 10 mm tanto em largura e comprimento e Sair Este bot o permite ao utilizador sair para o menu principal da aplica o 9 1 Aumentar o afastamento entre as caixas Com a escolha do aumentar do afastamento dado ao operador o acesso ao bot o Afastamento 68 Auto Motors On a x IRB1600 DANIEL Running 3 of 3 Speed 100 Largura Comprimento Tipo de afastamento Figura 15 Menu para escolha do tipo de afastamento ANEXO 1 Depois de seleccionado o bot o aparecer o menu acima com as seguintes op es Largura Este bot o permite ao utilizador aumentar o afastamento entre as caixas em largura Comprimento Este b
60. stema se torna muito dif cil devido sua geometria As ventosas s o geralmente fabricadas com elast meros sint ticos inalter veis perante os agentes industriais e com diferentes tamanhos atendendo s necessidades de massa e dimens o dos diferentes tipos de pe as a serem manipuladas Como as caixas de queijo da linha de produ o apresentam entre 12 a 13kg de massa pens mos adquirir ventosas que suportassem uma margem ligeiramente superior cerca de 15 kg Para a escolha das ventosas pedimos ajuda a um fornecedor de dispositivos de automa o industrial habitual da ESTGV As ventosas sugeridas foram do modelo ZPTSOUS BO1 da SMC Estas ventosas s o feitas de silicone com um di metro de 50 mm e apresentam se como concavidades Na figura 3 9 podemos presenciar o modelo utilizado na ferramenta de trabalho 23 Cap tulo 3 Apresenta o do Problema Figura 3 9 Modelo utilizado Quadro 3 4 Principais caracter sticas das ventosas 13 Principais caracter sticas das ventosas Fabricante SMC Refer ncia ZPT50US BO1 Di metro 50 mm Tipo de ventosa Tipo plana Forma da ventosa C ncava Material Silicone Conex o da ventosa T Rosca f mea g No quadro 3 4 podemos ver as principais caracter sticas das ventosas escolhidas Foram utilizadas oito ventosas na constru o do rg o terminal A ferramenta de trabalho tamb m apresenta um sistema de dete o de queda das c
61. tee wie ce elias Reel oe dd o dada e tata 65 Oz MoN OE pasca at Sote ada atena aaa ae at t ates at ae ata Th ct anal belle pati ada ar toaut R ca la de asia ante 66 e VETORES AO rssh ia Esop a a al Sl ata 7 da 67 Se SS 1 DIR a NI RES NE e DER ERROR PRAI REC PRI PR NI ES 67 9 Menu aA OS seo oi al d iene tea Saal Oc aliata aut 3 a lin 68 9 1 Aumentar o afastamento entre as Cailxas mean naeee 68 9 2 Men Verilicat dad0s 2252 44 52 ua aie aaa d ala e da ad 70 9 3 Menus Alterar dados ss ac aaa d ata a da a a aa aa 71 94 Menu Numero de Paletes seas neas se serasa i aa a a eaten tule 12 9 4 Finalizar processo de inser o dos dados eee eee 74 LO B t neird RET OF 2 2 25 fate a baias St d ea ata ala ta e Saque lu ati 74 11 Dados de Produ o e Alarmes issa pene vaci ca sa sa aaa c aaa data sape natie T11 56 ANEXO 1 1 INTRODU O O presente manual pretende demonstrar ao utilizador o funcionamento da aplica o O modo de apresenta o pretende ser extremamente intuitivo e vers til para conduzir o utilizador a uma maior interac o com o controlador podendo assim criar paletiza es conforme as suas necessidades 57 ANEXO 1 2 IN CIO DA UTILIZA O Para abrir a aplica o utilize o atalho no menu da Flexpendant do Controlador 2 i Lactogal denominado d como mostra a figura 1 Ab ER ER a Auto Motors On z PAIDID IRB1600 DANIEL Stopped 3 of 3 Speed 100 tez HotEdit w Bac
62. tiva o algoritmo pergunta ao utilizador qual o tipo de afastamento que pretende implementar Largura Comprimento ou Largura Comprimento Em qualquer dos casos escolhidos o espa amento pr definido 15 mm e 30 mm como mostra a figura 4 11 37 Cap tulo 4 Proposta de Solu o Auto Motors On i xX IRB1600 DANIEL Running 3 of 3 Speed 100 Tipo de afastamento sm 30mm q e sr Dr ticos EJ Figura 4 11 Menu onde se define o afastamento entre caixas Depois de conclu da a rotina de afastamento passa se para a etapa Verificar Dados Na fun o Verificar Dados o utilizador verifica se os dados introduzidos anteriormente s o os que pretendia caso isso n o se verifique pode alterar os dados introduzidos Depois de verificados necess rio Carregar novamente os dados como se pode ver na figura 4 12 AR 2 e Auto Motors On 3 SG IRB1600 DANIEL Running 3 of 3 Speed 100 Lactogal Palete Caixa N Camada Comprimento 1200 Comprimento 450 Largura 800 Largura 300 Camada Altura 135 Altura 150 Production F 2 ss Figura 4 12 Janela do menu Verificar dados Como se pode verificar na figura 4 13 perguntado ao operador se pretende Paletizar em Modo Cont nuo Se a resposta for negativa o algoritmo passa para a etapa Verificar posi o da palete se a resposta for positiva pede ao utilizador para este introduzir o n
63. tors On 3 IRB1600 DANIEL Running 3 of 3 Speed 100 x Lactogal LLACTOGAL E ee E Nova Paletiza o Paletiza o Pr definida Monitor Produ o Production 3 e Ja usa Figura 4 23 Janela do menu principal onde se apresenta o bot o Sair Como se pode verificar na figura 4 23 na aplica o HMI desenvolvida necess rio escolher o menu Sair 4 3 2 5 Processo de paletiza o Agora vamos abordar um pouco o processo de paletiza o Depois da introdu o dos dados Nova paletiza o ou da escolha do tipo de paletiza o Paletiza o Pr definida o algoritmo procede aos c lculos necess rios para saber quantas caixas o rob coloca na vertical rotina rCaixal no algoritmo ou horizontal rotina rCaixa2 no algoritmo pois as camadas da palete t m disposi es diferentes consoante o n mero da camada ou seja se a camada mpar come a por colocar as caixas na vertical e depois horizontal e se par coloca em primeiro lugar na horizontal e em seguida vertical Na figura 4 24 ilustra se a forma como s o posicionadas as camadas e na figura 4 25 um exemplo com cinco caixas de cada tipo de Posicionar camada Colocar caixa Figura 4 24 Fluxograma do posicionamento das caixas 46 Cap tulo 4 Proposta de Solu o Figura 4 25 Camada com cinco caixas camada mpar e par respetivamente Cria se esta disposi o diferente entre camadas par
64. tria autom vel o grande cliente de manipuladores industriais o caso da AutoEuropa e de alguns fabricantes de componentes como por exemplo a HUF Portuguesa que realizam tarefas de soldadura e manipula o No entanto os produtores de bens de consumo e equipamentos tamb m apresentam alguma relev ncia T m surgido novas aplica es para setores inesperados como por exemplo da corti a produ o de rolhas e paletiza o de aglomerados da fruticultura movimenta o interm dia na embalagem e final de linha do vinho paletiza o do cal ado colagem do vidro recolha do vidro para moldes e paletiza o da madeira paletiza o e movimenta o interm dia dos pl sticos extra o de m quinas de inje o soldadura corte controlo de qualidade e dos moldes maquina o 2 4 Processo de paletiza o 2 4 1 Paletiza o de caixas O processo de paletiza o de caixas consiste na movimenta o de um local fixo onde a caixa vai ser apanhada para outro um segundo local fixo onde v o ser empilhadas as caixas Um elemento muito importante da paletiza o a velocidade do processo ou seja colocar as caixas em tempos aceit veis e de forma eficiente usando uma configura o de caixas definida por programa o sem ocupar muito espa o no local onde decorre o processo de paletiza o Numa c lula flex vel de fabrico destinada paletiza o o rob pode ser usado para as seguintes tarefas e Apanha
65. ualquer um dos par metros escolhido previamente 70 ANEXO 1 H H G Auto Motors On rd x A if IRB1600 DANIEL Running 3 of 3 Speed 100 Lactogal Palete Caixa N Camada Comprimento 1200 Comprimento 450 Largura 800 Largura 300 Camada altura 135 Altura 150 O E Production A tice Figura 18 Menu para verifica o dos par metros 9 3 Menu Alterar dados Com a selec o do bot o Alterar o utilizador pode alterar as dimens es da caixa da palete e o n mero de camadas que pretende que cada palete tenha De seguida surgir um menu ver figura 18 onde permitido alterar as defini es ou voltar ao menu anterior caso n o pretenda alterar os dados Se efectuou altera o dos dados dever premir o bot o Carregar para que os dados sejam salvos no algoritmo e depois seleccionar o bot o Voltar para regressar ao menu anterior da Auto Motors On Zz da IRB1600 DANIEL Running 3 of 3 Speed 100 x Lactogal Palete Caixa N Camada Comprimento Comprimento Largura Largura po Camada Altura Altura 150 O Production A Figura 19 Menu para alterar os par metros 71 ANEXO 1 Depois do menu Verificar Dados aparecer a mensagem Paletizar em modo cont nuo ver figura 20 Dever seleccionar uma das prefer ncias e Sim Este bot o permite ao utilizador que o processo de paletiza o seja cont nuo Ver nota e N o Este bot o possibilita ao uti
66. ue este n o cometa erros nas diferentes pilhas de caixas Devido s press es do mercado atual que pede s empresas uma maior flexibilidade e capacidade de responder rapidamente a mudan as de curto prazo nas condi es de mercado ou a pedidos urgentes de clientes estas est o a responder a estes problemas tornando a automa o numa op o mais fi vel desenvolvendo sistemas pr montados permitindo a sua constru o e atividade de forma r pida e f cil no local Esses sistemas s o f ceis de montar testar e configurar podendo assim se necess rio serem realizadas reconfigura es de forma 13 Cap tulo 2 Estado da Arte simples e r pida pela equipa de manuten o e engenharia Geralmente este facto torna estes sistemas mais econ micos na opera o e manuten o 14 3 Apresenta o do problema 3 1 Introdu o Como j foi referido na linha de produ o de queijo da empresa Lactogal Produtos Alimentares S A localizada na unidade fabril de Oliveira de Azem is o processo de paletiza o no setor de pesagem e etiquetagem do queijo ainda se realiza de forma manual No sentido de alterar positivamente esta situa o pretende se com este trabalho desenvolver um sistema de paletiza o robotizada que garanta a automatiza o completa do processo de paletiza o e se poss vel aumente o volume de produ o atual nesta linha de fabrico da unidade fabril Este projeto implica o desenvolvimento de hard
67. uipamentos de automa o industrial usados na realiza o do projeto No quarto cap tulo apresenta se o trabalho desenvolvido o rg o terminal desenvolvido e a aplica o GUI Por fim no quinto cap tulo apresentam se as conclus es da disserta o realizada e propostas para trabalhos futuros 2 Estado da Arte 2 1 Do in cio ao presente Desde sempre o Homem imaginou projetou e tentou criar mecanismos que conseguissem imitar as capacidades humanas Leonardo da Vinci apresentou se como um dos pioneiros na rob tica pois nos seus manuscritos que chegaram aos nossos dias apareciam esbo os de um rob antropom rfico O termo rob robot vem do Checo robota que significa trabalho e foi usado pela primeira vez pelo Checo Karel Capek numa pe a de teatro R U R Rossum s Universal Robots em janeiro de 1921 1 O termo rob tica surgiu com maior evid ncia com o escritor Isaac Asimov na sua fic o J Robot de 1950 onde este descrevia as tr s leis principais da rob tica 1 Um rob n o pode fazer mal a um ser humano e nem por omiss o permitir que algum mal lhe aconte a 2 Um rob deve obedecer s ordens dos seres humanos exceto quando estas contrariarem a Primeira Lei 3 Um rob deve proteger a sua integridade f sica desde que com isso n o contrarie as duas leis anteriores Com a necessidade de aumentar a produtividade e melhorar a qualidade dos produtos a ideia de construir rob s come
68. ware e software No que se refere ao hardware este projeto envolve por exemplo e Desenvolvimento de uma ferramenta para o rob executar a tarefa e Coloca o de v rios sensores e atuadores nas linhas de produ o e Elabora o de uma interface rob tica para o rob e Implementa o de sistemas de seguran a na linha de produ o robotizada No que se refere ao software as ferramentas a desenvolver no mbito deste projeto devem permitir eO controlo e a monitoriza o remota de todas as funcionalidades dos rob s a utilizar no projeto e O desenvolvimento de aplica es que possibilitem a explora o remota do rob manipulador eO desenvolvimento de interfaces gr ficas Graphical User Interfaces GUI que disponibilizem informa o on line sobre o rob 15 Cap tulo 3 Apresenta o do Problema Figura 3 1 Layout do sistema em 3D Na figura 3 1 podemos ver um poss vel layout em 3D que pode vir a ser instalado na unidade fabril O layout pretende representar um sistema automatizado para paletiza o de caixas O rob possui um rg o terminal dotado de ventosas que suspende cada caixa pela parte superior As caixas chegam num transportador e quando passarem num sensor este indica a presen a de uma caixa Neste momento o rob apanha e movimenta a caixa e coloca a sobre a palete medida que a palete de caixas constru da o algoritmo presente no controlador do rob incrementa um contador de
69. za o as paletes s o movidas do local atrav s de transportadores manualmente por um operador ou atrav s de um Ve culo Guiado Automaticamente AGV que podemos observar um exemplo na figura 2 10 12 Cap tulo 2 Estado da Arte Figura 2 10 AGV transportador de paletes 2 4 2 Processo r pido e eficiente O segredo da automatiza o certa para cada aplica o est precisamente na an lise rigorosa de diversas vari veis A maneira como as caixas s o colocadas exige um estudo pormenorizado de forma a criar um layout otimizado atrav s do qual seja poss vel criar uma palete com estabilidade que d prote o s caixas quando a palete esteja completa Uma pr tica comum a coloca o de uma folha de papel entre as camadas mas esta tamb m podem ser colocadas no topo ou na base da palete Para que um processo de paletiza o seja r pido necess rio que o rob tamb m o seja Para isso preciso planear um layout otimizado articulado com os elementos de automa o industrial essenciais para a tarefa A maneira mais flex vel e eficiente para o processo de paletiza o consiste numa otimiza o espec fica de cada camada com um n mero limitado de caixas Por vezes temos de utilizar o mesmo rob para v rias zonas de coloca o em palete e assim sendo temos de ter elementos de automa o industrial necess rios que nos informem constantemente sobre todos os movimentos efetuados pelo rob para q
70. zados na constru o do rg o terminal Figura 3 8 Modelo utilizado 22 Cap tulo 3 Apresenta o do Problema Quadro 3 3 Principais caracter sticas do injetor de v cuo 13 Principais caracter sticas do injetor de v cuo Fabricante SMC Refer ncia ZH10BS 06 06 Di metro do Venturi 1 mm Tipo de corpo Tipo caixa Silenciador incorpoardo Press o m x de v cuo 48 kPa Caudal m x de suc o 24 min Consumo de ar 46 t min Conex o Alimenta o Rosca 66 s V cuo Rosca 96 s Massa 33 g No quadro 3 3 podemos ver as principais caracter sticas do gerador de v cuo escolhido a utiliza o deste tipo de injetores deve se ao facto de estes se encontrarem dispon veis em stock nas instala es da ESTGV e nos garantirem seguran a para gerarem o v cuo necess rio para o transporte das caixas Utilizaram se oito geradores um para cada ventosa porque assim assegurariamos que era gerado o v cuo suficiente para o transporte das caixas em condi es aceit veis Optou se pela utiliza o de ventosas por ser uma tecnologia capaz e muito utilizada na ind stria em processos de paletiza o pois garantem nos f cil manuten o As ventosas s o utilizadas na automa o industrial como elementos de fixa o e transporte de pe as em m quinas engarrafadoras no transporte de chapas vidros placas em geral onde a manipula o atrav s de outro si

Dissertação Daniel Loureiro Carreira

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