Samenvatting
ACtronics is een bedrijf wat autoelektronica reviseert, dit bedrijf heeft in de afgelopen jaren een enorme groei doorgemaakt. Door deze groei is het bedrijf uit het huidige pand gegroeid. Niet alleen wat betreft het aantal werknemers, maar met name het aantal te verwerken producten per dag. Om deze redenen wordt er dichtbij de huidige locatie een nieuw pand gebouwd. De interne logistiek van de producten moeten om deze reden ook efficiënter. In het nieuwe pand komt een open ruimte tussen de twee afdelingen waartussen de producten Het meeste heen en weer bewegen. Namelijk de expeditie waar de producten binnen komen en de Revisie afdeling waar de producten worden gerepareerd. Deze ruimte word duidelijk zichtbaar vanbuiten het pand en bij binnenkomst van het pand. In deze ruimte komt het nieuwe interne transportsysteem. Om deze reden wordt ervoor gekozen om twee robots in het systeem te implementeren.
Deze robots zijn 2 Kukas KR125 dit zijn robots die tot 2,5 meter boven de vloer kunnen komen en 18 cm onder de vloer. De rest van het transportsysteem wordt gedaan door een combinatie van aangedreven en niet aangedreven rollenbanen. Dit omdat met deze banen het bewegen van de kratten goed gecontroleerd kan worden. Vervolgens is er een keuze gemaakt voor een tooling. De tooling is het hulpmiddel wat ervoor zorgt dat de robots de kratten aan kunnen pakken. Een overzicht van het uiteindelijke plan vindt u in figuur 1
Figuur 1
De plannen met de tekeningen en berekeningen voor deze onderdelen liggen klaar en aan de hand daarvan kan ingekocht gaan worden. De robots staan al klaar en voor de rollenbanen zijn verschillende offertes aangevraagd. Ook de tooling is klaar om besteld te worden. De
tekeningen daarvoor liggen klaar en voor de pneumatiek is een offerte aangevraagd. Wat de besturing betreft is er een begin gemaakt maar dit moet nog tot in de fijne puntjes uitgewerkt worden. Er moet nog een keuze worden gemaakt voor de componenten en er moet een schakelschema geschreven worden. Dit gebeurt tijdens het schrijven van dit rapport.
Inhoudsopgave.
1. Introductie afstudeerbedrijf: ACtronics. ... 3
1.1. Introductie afstudeeropdracht... 3
2. Probleemstelling... 4
2.1. Huidige manier van intern transport... 4
3. Het pakket van eisen ... 5
3.1. Pakket van eisen (opdrachtgever)... 5
3.2. Wettelijke eisen ... 6
4. De robot... 8
4.1. Marktonderzoek ... 8
4.2. Onderhandelingsproces ... 11
In figuur 4-5 is te zien hoe een dergelijke robot er na revisie uitziet. ... 12
4.3. De controller... 13
5. Transportsysteem ... 14
5.1. Optie 1: de luxe oplossing ... 16
5.2. Optie 2: de goedkope optie met gebruik van gebruikte rollenbanen... 17
5.3. Optie 3: De definitieve versie... 18
6. De tooling ... 20
6.1. Werkwijze ... 21
7. Besturing. ... 25
1. Introductie afstudeerbedrijf: ACtronics.
ACtronics is een bedrijf dat zorgt voor de revisie van defecte autoelektronica. Het bedrijf is opgericht door Leon Kleine Staarman die tijdens zijn werk in het autodemontagebedrijf van zijn vader te maken kreeg met kapotte Mitsubishi ECU’s . Gezien de grote vraag naar werkende ECU’s en de behoorlijke voorraad defecte ECU’s kwam Leon op het idee om deze ECU’s te repareren. Repareren is een, maar daarbij hoort ook het testen. Om deze reden heeft Leon de eerste testkast gebouwd. De Vision 1, dit was in feite een kast met alle onderdelen die nodig zijn om deze ECU te laten functioneren. Sindsdien is de kennis en ervaring wat betreft autoelektronische onderdelen vergroot en dit blijft groeien. Tegenwoordig is de Vision 5 testkast in gebruik binnen het bedrijf.
Inmiddels levert ACtronics in 19 verschillende Europese landen zijn producten en diensten. Met het groeien van het bedrijf groeit natuurlijk ook het aantal orders en het aantal werknemers. Het filiaal in Almelo telt op het moment 52 werknemers. Wereldwijd telt ACtronics ongeveer 90 werknemers. Er wordt verwacht dat dit de komende jaren nog verder zal groeien.
Om deze mensen en het groeiende bedrijf de ruimte te geven, heeft Leon Kleine Staarman, eigenaar en directeur van ACtronics, ervoor gekozen om in de buurt van de huidige locatie in Almelo een nieuw pand te laten bouwen, dat ervoor zorgt dat alle afdelingen onder hetzelfde dak hun werkzaamheden kunnen uitvoeren, op het moment is dit namelijk niet het geval. Het “vuile” werk wordt op dit moment gedaan in Bornerbroek bij autodemontage bedrijf Kleine Staarman. R&D (research and development), revisie en verkoop vindt plaats op het hoofdkantoor in Almelo.
1.1. Introductie afstudeeropdracht.
In het nieuwe pand komt een binnentuin met een afmeting van ongeveer 10 bij 10 meter.
Deze tuin wordt zichtbaar en toegankelijk voor klanten en moet daarom een presentatie zijn van het bedrijf. Om deze reden wil Leon dat in deze tuin de producten van AC tronics zichtbaar zijn. AC tronics heeft onder meer een revisie- en verkoopafdeling. Tussen deze afdelingen gaan de onderdelen de hele dag heen en weer. Nu wordt dit nog gedaan door middel van stapelen en een steekwagentje. In het nieuwe pand is het de bedoeling dat er een mechanische verbinding komt tussen deze afdelingen. Deze verbinding moet in de tuin zichtbaar zijn en heeft daarom ook een
demonstratieve waarde. Het idee is om onder een glazen plaat in de vloer een transportband te laten werken die de kratten met daarin de onderdelen transporteert. Op deze manier zijn de onderdelen vanuit de tuin te zien. Verder staan er in de tuin twee robots die de kratten op de band zetten en deze daar ook vanaf halen. Voor dit systeem moeten er de juiste robots gekozen worden, deze robots dienen geprogrammeerd te worden en de transportband moet gekozen worden. Dit verslag omschrijft het verloop van het ontwikkelen van dit systeem.
2. Probleemstelling.
De hoofdvraag luidt: Hoe moet het interne transport in het nieuwe pand van ACtronics er uit gaan zien.
De deelvraag is dan: Hoe kan de omslachtige manier van intern transport efficiënter en aantrekkelijker?
2.1. Huidige manier van intern transport.
Op de huidige locatie van ACtronics is de logistiek als volgt geregeld: De expeditie is op de begane grond (daar komen de producten binnen en worden ze ook weer verzonden). De rest van het bedrijf bevind zich op de eerste etage. De binnengekomen producten worden dus uitgepakt, gecontroleerd en in kratten geplaatst. Vervolgens worden deze kratten op een pallet geladen en deze wordt met een heftruck op de hoogte van de eerste verdieping gebracht. Hier wordt de pallet met de hand afgeladen, en de kratten worden op een steekwagen geplaatst. Met deze steekwagen worden de kratten vervolgens naar de verkoop afdeling gebracht. Op de verkoopafdeling worden de producten en klantgegevens gecontroleerd en wanneer dit klopt worden de kratten door een persoon verder gebracht naar de revisieafdeling. Hier worden de onderdelen getest, gerepareerd en weer getest. Na de revisie worden de kratten met producten weer via dezelfde route terug naar expeditie gebracht (zie ook figuur 2-1). Dus via de
verkoop waar de factuur wordt gemaakt en vervolgens met de heftruck naar beneden. Bij de expeditie worden de producten dan uit de kratten gehaald en samen met de factuur en eventuele overige documentatie in dozen verpakt en retour gestuurd naar de klant.
Klant Expeditie, Begane grond ACtronics Expeditie, Begane grond ACtronics Verkoop, 1e verdieping ACtronics Revisie, 1e verdieping ACtronics Verkoop, 1e verdieping ACtronics
Klant maakt ROF nummer aan op de website en stuurt het product op naar Product uitpakken, controleren op compleetheid. Met de heftruck naar de 1e verdieping Klantgegevens controleren. Door
Product testen, reviseren en weer testen. Door reparateur
Factuur opmaken. Met de heftruck weer naar beneden.
Inpakken in dozen en retour naar de klant.
3. Het pakket van eisen
Het pakket van eisen bestaat uit een aantal verzamelde eisen die voor dit project van toepassing zijn. Het is een verzameling van zowel eisen die betrekking hebben op de wetgeving als eisen vanuit de opdrachtgever. Om het duidelijk te houden is er een lijst met eisen opgesteld met daar in de eisen van de wetgeving, waarbij we uit zijn gegaan van richtlijn 2006/42/EG (zie bijlage). En een pakket van eisen met daarin de eisen van de opdrachtgever. De eisen van de opdrachtgever zijn onderverdeeld in functionele, technische, financiële en facilitaire eisen. Het pakket van eisen voor de wetgeving is verdeeld over de verschillende facetten van het systeem.
3.1. Pakket van eisen (opdrachtgever)
Functionele eisen
Het transportsysteem is voorzien van twee robotarmen met hieraan grijpers die om kunnen gaan met de 2 verschillende maten kratten.
De mogelijkheid is er om onderdelen van de revisieafdeling naar de verkoopafdeling te sturen en ook weer retour.
Het systeem werkt onafhankelijk. Dit wil zeggen dat het systeem functioneert zonder tussenkomst van mensen. Wanneer er een nieuw krat aangeboden wordt registreert het systeem dit en zal erop reageren door deze door met de transportband te vervoeren in de richting van de robot. De robot zet vervolgens het krat op lager gelegen band. Die op zijn beurt het krat richting de tweede robot verplaatst.
Wanneer het krat de tweede robot bereikt heeft word het krat door de robot van de band gehaald en op de band op de revisieafdeling gezet.
Technische eisen
Het systeem kan omgaan met kratten in de verschillende 2 maten zie ook figuur 6-1 (L x H x B) - 400 x 220 x 300
- 600 x 220 x 400
Het systeem moet voldoen aan de volgende eisen:
- Het systeem kan omgaan met een maximum gewicht van 30 kg voor een krat. - Het systeem is in staat een capaciteit van 120 kratten per uur te verwerken. - Het systeem is zo geconstrueerd dat er geen “file” op de baan kan ontstaan.
- In het systeem is een beveiliging opgenomen dat ervoor zorgt dat er geen onderdelen kunnen vallen wanneer het systeem om welke reden dan ook geen aansturing krijgt.
- Het systeem moet dusdanig beveiligd zijn dat er geen letsel kan ontstaan doordat mensen in het bereik van de robot kunnen komen.
- Draaiende/bewegende delen moeten afgeschermd worden om letsel te voorkomen.
- Het geluid niveau van het transport systeem mag niet de maximale wettelijke voorschriften overschrijden.
Financiële eisen
Het budget voor het systeem bedraagt 20.000 euro. Hiervan moet het hele transportsysteem betaald worden. Dit systeem is opgebouwd uit de volgende onderdelen:
- De twee robotarmen.
- De rollenbanen/transportbanen. - De tooling van de robotarm. - De beveiliging van de robotarmen. - De aansturing van het geheel. Facilitaire eisen
- Het prototype van het systeem is gedeeltelijk op te bouwen op de externe locatie. - Het systeem is in te bouwen in het in aanbouw zijnde nieuwe pand.
- De besturing van het systeem wordt gemaakt met de kennis die AC tronics in huis heeft en de kennis van de afstudeerders.
3.2. Wettelijke eisen
De wettelijk eisen zoals u die hier vindt zijn een uittreksel van bijlage “richtlijn 2006/42/EG”. Met betrekking tot het besturingssysteem
- Het besturingssysteem moet zo gebouwd zijn dat zij tegen de normale bedrijfsbelasting en tegen invloeden van buitenaf bestand is.
- Een storing in de apparatuur of de programmatuur van het besturingsysteem mag niet tot een gevaarlijke situatie leiden.
- Fouten in de besturingslogica mogen niet tot gevaarlijke situaties leiden.
- Redelijkerwijs voorzienbare menselijke fouten gedurende de werking mogen niet tot een gevaarlijke situatie leiden.
- De machine mag zichzelf niet onverwacht in werking stellen.
- De parameters van de machine mogen niet zomaar veranderd kunnen worden, indien dit tot gevaarlijke situaties kan leiden.
- Het stopzetten van de machine mag niet worden verhinderd indien de opdracht tot stopzetten reeds is gegeven.
- Geen enkel bewegend deel van de machine of geen enkel door de machine vastgehouden stuk mag vallen of worden uitgeworpen.
- Het automatisch of manueel stopzetten van enig bewegend deel mag niet worden gehinderd. - De beschermingsinrichtingen moeten volkomen functioneel blijven, dan wel een opdracht tot
stopzetten geven.
- De veiligheidsgerelateerde elementen van het besturingssysteem moeten op een coherente wijze gelden voor een samenstel van machines en/of niet voltooide machines.
- Bij draadloze bediening is het apparaat uit wanneer geen stuursignalen ontvangen worden. - Een onderbreking, het herstel na een onderbreking of een schommeling van welke aard ook in
Bijzondere aandacht moet worden besteed aan de volgende punten: - De machine mag zich niet onverwacht in werking stellen.
- De parameters van de machine mogen niet op een ongecontroleerde wijze veranderen wanneer dit gevaarlijke situaties kan doen ontstaan.
- Het stopzetten van de machine mag niet worden verhinderd indien de opdracht tot stopzetten reeds is gegeven.
- Geen enkel bewegend deel van de machine of geen enkel door de machine vastgehouden stuk mag vallen of worden uitgeworpen.
- Het automatisch of manueel stopzetten van enig bewegend deel mag niet worden gehinderd. - De beschermende inrichtingen moeten volkomen functioneel blijven dan wel een opdracht tot
stopzetting geven. Het in werking stellen
- Het in werking stellen van een machine mag alleen kunnen geschieden door een opzettelijk verrichte handeling met een hiervoor bestemd bedieningsorgaan.
- Bij machines die werken in automatische modus mag het in werking stellen, het opnieuw in werking stellen na een stilstand of het wijzigen van de bedrijfsomstandigheden, zonder ingreep kunnen plaatsvinden als dit geen gevaarlijke situatie oplevert.
Stopzetting
- Een machine moet zijn voorzien van een bedieningsorgaan, waarmee zij op veilige wijze volledig kan worden stopgezet.
- De stopopdracht aan de machine moet voorrang hebben op opdrachten voor het in werking stellen.
- Een machine moet zijn voorzien van één of meer noodstopinrichtingen waarmee reële of dreigende gevaarlijke situaties kunnen worden afgewend.
- De inrichting moet stopzetting van een gevaarlijk proces binnen de kortst mogelijke tijd bewerkstelligen zonder extra risico's te scheppen.
Defecten in energievoorziening
- Een onderbreking, het herstel na een onderbreking of een schommeling van welke aard ook in de energievoorziening van de machine, mag niet tot gevaarlijke situaties leiden.
- Het stopzetten van de machine mag niet worden verhinderd indien de opdracht tot stopzetten reeds is gegeven.
Op elke machine moeten zichtbaar, duidelijk leesbaar en onuitwisbaar ten minste de volgende gegevens zijn aangebracht:
De firmanaam en het volledige adres van de fabrikant en, in voorkomend geval, diens gemachtigde; - De aanduiding van de machine.
- De CE-markering (zie bijlage). - De serie- of typeaanduiding.
- Het serienummer, voorzover toegekend.
- Het bouwjaar, dat wil zeggen het jaar waarin het fabricageproces is afgerond.
4. De robot.
Een van de belangrijkste componenten van het systeem is de robot arm. De robotarm is wat functie betreft overbodig en maakt het project onnodig complex. Er is maar een goede reden te bedenken waarom de robots in het systeem terecht komen, en dat is omdat het mooi oogt. We gebruiken ze in het huidige systeem om de hoogte tussen de afdelingen te overbruggen
4.1. Marktonderzoek
Voor de keuze van de robot is het belangrijk om te weten waar de robot aan moet voldoen. Hier vindt u de eisen die gesteld worden aan de robots
De robots moeten een bepaalde reikwijdte hebben. Het is lastig om deze reikwijdte exact te definiëren. De reikwijdte van de robot bestaat namelijk uit een zogenaamde “work envelope”.
Belangrijkste eigenschappen zijn: • Reikwijdte
o Robot moet minimaal 10 cm onder zijn 0-punt komen. Het 0-punt is het laagste punt van de voet van de robot
o De robot moet minimaal 250 cm boven zijn 0-punt komen o De robot moet minimaal 180° om zijn as kunnen draaien • De robot moet een minimaal draagkracht hebben van 25 kg
• De robot moet minimaal 5 assen hebben. Hoe meer assen, hoe meer plaatsen er te bereiken zijn.
Met deze 3 eisen in gedachten is er een marktonderzoek gedaan. Tijdens dit marktonderzoek is er gezocht via het internet, contact opgenomen met mogelijke leveranciers en zijn er bedrijven bezocht om een beeld te kunnen vormen van de manier waarop de robots werken en ook het formaat in te kunnen schatten.
Bezoek aan Flexofit.
Voor de beeldvorming is er een bezoek gebracht aan het bedrijf Flexofit. Dit is een bedrijf dat slijpschijven produceert in Eibergen. Tijdens de productie van deze schijven wordt gebruik gemaakt van een aantal robotarmen.
De robotarmen die hiervoor gebruikt worden zijn: • Fanuc M-420iA (figuur 4-1)
• Fanuc LR-200iC (figuur 4-2)
Voor het bezoek aan Flexovit werd er in het marktonderzoek veel gekeken naar modellen tot 30kg. Dit zijn over het algemeen kleinere apparaten zoals de Fanuc LR 200iC. Tijdens het bezoek werd
geconstateerd dat deze ongeschikt zullen zijn. Zowel vanwege hun reikwijdte als vanwege hun formaat. De binnentuin waarin de robots komen te staan word een tuin van 10 meter bij 10 meter en 3 meter hoog. Een Fanuc LR 200iC bijvoorbeeld heeft een hoogte van ongeveer 80 cm en een
reikwijdte van nog geen meter. In zo’n grote ruimte valt deze robot dus compleet in het niet. Om deze reden is er besloten om het marktonderzoek te verplaatsen naar de Fanuc M-420iA en zijn belangrijkste concurrenten. Dit onderzoek via internet en leveranciers leverde de volgende merken op:
- Stäubli. - Motoman. - Kawasaki. - Fanuc. - Kuka.
Van deze merken is tabel 4-1 opgesteld met daarin de mogelijke modellen. Model Nom. load cap. Max. load cap. Bereik horizontaal Bereik verticaal Aantal assen Montage mogelijkheden Stäubli: RX160 20kg 30kg 1710mm 6 Vloer/plafond RX160L 14kg 28kg 2010mm 6 Vloer/plafond TX200L 60kg 80kg 2594mm 6 Vloer/plafond Motoman: MPL80 80kg 3,291mm 5 MPK50 50kg 1917mm 1668mm 4 HP20D 20kg 1915mm 3459mm 4 Kawasaki: RD80N 80kg 2100 3311 5 Vloer/muur/ plafond RS30N 30kg 2100 3697 6 Vloer/muur/ plafond Fanuc: M420-iA 40kg 90kg 1885 4 Vloer/plafond Kuka: KR 125 120kg 125kg 2400mm 6 Vloer/plafond Tabel 4-1
Van deze merken valt eigenlijk de Stäubli direct af. Dit merk is te beschouwen als de Ferrari onder de industriële robots. Erg mooi, maar zo goed als onbetaalbaar en moeilijk te verkrijgen. De Motoman is leverancier van voornamelijk kleinere robots. Deze robots zijn erg mooi om te zien maar vanwege hun formaat niet geschikt voor de beoogde toepassing. Het model van Motoman wat wel geschikt is van Motoman raakt zijn mooie uiterlijk kwijt en is moeilijk te verkrijgen.
Voor Kawasaki geldt min of meer hetzelfde. In een later stadium van het project zijn nog een tweetal goede Kawasaki robots gevonden, maar toen waren de onderhandelingen voor een ander type robot al in een vergevorderd stadium.
Na deze analyse zijn het de Fanuc en de Kuka robots die overbleven. Als er tussen deze modellen op uiterlijk gekozen, dan was de Kuka gelijk de eerste keus geweest, maar ook vanwege zijn reikwijdte en draagkracht heeft de Kuka de voorkeur. Ook heeft de Fanuc maar 4 assen, waardoor hij dus minder wendbaar is dan de Kuka.
Voor zowel de Fanuc als de Kuka is een offerte aangevraagd om de prijs van deze types vergelijken. Ook is er bij het bedrijf Robotrent gekeken om de Kuka robots te zien bewegen terwijl daar een Kuka werd geprogrammeerd.
Het zien bewegen van deze Kuka robots en hun formaat zorgt ervoor dat deze robot als favoriet uit de test komt. Ook is de “work envelope” van deze robot geschikt voor de beoogde toepassing.
Deze “work envelope” kunt u vinden in figuur 4-3.
4.2. Onderhandelingsproces
In eerste instantie was er weinig bekend over eventuele prijzen van dit soort robots. Onderzoek wees uit dat er meerdere handelaren zijn die industriële robots reviseren en vervolgens verkopen. Nadeel van deze handelaren is dat ze duur zijn. In dit rapport is het budget regelmatig als de doorslaggevende factor waarom we welke keus hebben gemaakt. Er is bij een 3-tal bedrijven een offerte aangevraagd voor de Fanuc en de Kuka robots. De reden voor deze offertes zijn te lezen in het hoofdstuk hiervoor. 2 maal Fanuc M420-iA voor €13.500,- per stuk.
- Robot heeft maar 4-assen.
- “work envelope” is niet gunstig voor ons gebruik. - Buiten ons budget.
2 maal Kuka KR125/2 met KRC1 controller voor €13.700,- per stuk. - Redelijk nieuw, bouwjaar 2003.
- Gereviseerd.
- Kuka’s eigen controller. - Buiten ons budget.
2 maal Kuka KR125 met VRS1 controller voor €6.750,- per stuk. - Oud, namelijk van 1996, zowel controller als robot. - Goed functionerend, complete set.
- Een dag introductie in het programmeren van de robots.
Aangezien toepassing voor de robot niet bijzonder veel van de robot of zijn besturing vraagt, is de keuze redelijk simpel. En uiteraard was ook hierbij de prijs een belangrijke weegfactor. Uiteindelijk is er gekozen voor 2 Kuka KR125 robots (figuur 4-4) met VRS1 controller (figuur 4-4). Dit dus
voornamelijk vanwege de prijs en de mogelijkheid om het gedeeltelijk reviseren van de robots binnenshuis te doen.
Figuur 6
4.3. De controller
Wat betreft de controller was het voor de Kuka mogelijk om te werken met Kuka’s eigen controllers, de KR1 tot en met de KR4. waarin de KR1 de oudste is en de KR4 de nieuwste. De VRS1 controller is ontwikkeld door en voor Volkswagen. Het grote verschil in de controllers zit hem in de mogelijkheid om online en offline te programmeren.
Online programmeren
Online programmeren komt er op neer dat de robot via een controller geprogrammeerd kan worden. Dus simpelweg gezegd een kabel tussen robot en controller. Het nadeel hiervan is dat de robot dus aanwezig moet zijn bij het daadwerkelijke programmeren. Dit betekent dat de opstelling eerst volledig gebouwd moet zijn voordat het programmeren plaats kan vinden.
Vanwege de veiligheid beweegt de robot erg langzaam tijdens het programmeren, waardoor hier veel tijd in gaat zitten. De grootste voordelen van het online programmeren zijn dat het een toegankelijke manier van programmeren is en dat het programmeren gebeurt wanneer de situatie van de robot volledig bekend is. Deze manier van programmeren is voor dit project geschikt. De nadelen wegen bij deze toepassing niet zo zwaar.
Offline programmeren
Offline programmeren biedt de mogelijkheid om de robot op een computer te programmeren door middel van een CAD programma. Hier zit een groot aantal voordelen aan.
Het is een effectieve manier van programmeren en kan dus gebeuren zonder dat het hele systeem al is opgebouwd. Op locatie kunnen vervolgens online nog aanpassingen worden gedaan aan de
programmering. Ook wanneer er erg nauwkeurige banen beschreven moet worden, bijvoorbeeld met lasrobots, wordt dat door offline programmeren vele malen gemakkelijker. Deze manier van
programmeren is natuurlijk aantrekkelijk, maar vanwege onder andere de CAD licentie behoorlijk duur. En om deze reden voor dit project niet haalbaar.
De VRS1 controller (figuur 4-6) die bij de Kuka KR125 geleverd wordt is een controller afkomstig van Volkswagen. De robot wordt door een zogenaamde teachpendant bestuurd, en dus geschikt voor online programmeren.
Dit kan door de robot door middel van knoppen te laten bewegen, maar er bestaat ook de mogelijkheid om coördinaten op te geven. De robot beweegt dan in een rechte, voor de robot gemakkelijkste lijn naar deze coördinaten. Op deze manier is er echter ook een weg uit te stippelen die de robot af moet leggen. De VRS1 controller is niet de nieuwste. Maar voor deze toepassing zeker geschikt.
5. Transportsysteem
De kratten worden hoofdzakelijk verplaatst door het transportsysteem, wat bestaat uit rollenbanen en transportbanden. De robots staan er namelijk vooral vanwege de wens van de opdrachtgever en hebben vooral een representatieve waarde..
De kratten worden aan- en afgevoerd naar de robotarmen.
Dit gebeurt zowel op de expeditie- als op de revisieafdeling. Daarnaast zal in de binnentuin een tweetal transportbanen te vinden zijn om de kratten van de ene naar de andere robot te verplaatsen. De aanvoer en afvoer gebeurt van de revisieafdelingen en de expeditieafdeling.
Onder aanvoer en afvoer verstaan wij het volgende: Aanvoer:
Het verplaatsen van de kratten naar de robot toe. De robot pakt de kratten van de aanvoerband en zet deze op de transportband in de binnentuin. De kratten moeten dus door de aanvoerband naar de robot toe worden gebracht.
Afvoer:
Het verplaatsen van de kratten van de robot weer de afdeling op. De robot zet de kratten vanuit de binnentuin op de afvoerband. Om het proces niet te hinderen moet de afvoerband de kratten verplaatsen zodat er ruimte blijft bij de robot.
Figuur 8 Eisen aan de banen/banden van het transportsysteem
• Handling van de kratten
o De kratten moeten zo gehanteerd kunnen worden dat er geen opstopping ontstaat
o De kratten moeten zo gehandeld worden dat de kratten niet met volle snelheid tegen elkaar aan komen
Met deze eisen in het achterhoofd is er gezocht naar de mogelijkheden op het gebied van baantransport. Na onderzoek blijkt dat hier meerdere mogelijkheden voor zijn:
Figuur 9 Figuur 10 Figuur 11 Figuur 12 Figuur 13 Figuur 5-2: Wielenbaan Figuur 5-3: Rollenbaan Figuur 5-4: Kettingtransporteur Figuur 5-5: Transportband Figuur 5-6: Kogelpotten
Naast deze mogelijkheden zijn er nog een aantal andere meer geavanceerde mogelijkheden zoals een baan waarover de robot kan bewegen en zelfs een systeem op inductie heeft de revue gepasseerd. Deze systemen zijn echter onbetaalbaar en daarom wordt hier niet teveel tijd ingestoken.
We hebben gekozen voor een systeem dat voornamelijk bestaat uit rollenbanen. Op
aangedreven rollenbanen kunnen de kratten door een stop tot stilstaan worden gebracht. Door de wrijving tussen de rol en het krat stopt de rol met draaien doordat deze voorzien zijn van slipkoppelingen. Hierdoor wordt het controleren van de kratten veel makkelijker en daarmee kunnen de kratten ook beter gecontroleerd de tooling van de robot in worden geleid.
Daarnaast kunnen door middel van het plaatsen van aangedreven rollen in het niet
aangedreven deel van de band kratten afgeremd of versneld worden. Dit kan met de andere 4 mogelijkheden niet.
5.1. Optie 1: de luxe oplossing
De eerste optie (zie figuur 5-7) is een oplossing waarbij we gebruik maken van een aantal liften en behoorlijke lengtes rollenband. Deze optie is de meest uitgebreide optie van de drie, en daarmee ook gelijk de duurste. Het idee is om de baan al in de expeditie te laten beginnen. Vervolgens brengt een lift de kratten naar een hoogte van ongeveer 2,5 meter. Op deze hoogte worden de kratten over de verkoopafdeling gestuurd. Op de verkoopafdeling staat de afvoer op ongeveer 1 meter hoogte. De kratten worden door de robot van de 2,5meter hoge baan gehaald en op de baan onder de vloer neergezet. De afvoer aan de revisiezijde gebeurt ook op 2,5 meter hoogte. Een aangedreven baan brengt de kratten naar een lift die de kratten over een kast van 6 niveaus verdeeld. De aanvoer naar de robots gebeurt op 1 meter hoogte door middel van gedeeltelijk niet-aangedreven en gedeeltelijk aangedreven banen.
Figuur 5-14
In figuur 5-7 is transportsysteem onder te verdelen in de volgende banen
Baan Nummer kleur Hoogte
1 Geel 1 meter
2 Rood Liften
3 Blauw 2,5meter
4 Geel 1 meter
5 Rood/turkoois 408mm onder vloerniveau
5.2. Optie 2: de goedkope optie met gebruik van gebruikte
rollenbanen.
De tweede optie die er is (zie figuur 5-8), is een uitgeklede versie van luxe optie. Hierbij zijn er aan beide zijdes van de binnentuin een aanvoer alsmede een afvoerband. In de binnentuin zijn er uiteraard twee rollenbanen aanwezig. Bij de realisering van deze optie wordt gebruik gemaakt van gebruikte rollenbanen. De voornaamste reden voor deze optie is het bepalen van de ondergrens van de kosten voor een rollenbaansysteem. Oftewel wat moet een dusdanig systeem minimaal kosten. Het grote nadeel aan deze opzet is echter wel dat er nog steeds relatief veel gelopen moet worden door het personeel.
Figuur 5-15 Baan Nummer kleur Hoogte
1 Turkoois 1 meter
2 Blauw 1 meter
3 Rood 1 meter
4 Geel 1 meter
5.3. Optie 3: De definitieve versie.
Optie drie is een combinatie van de eerste twee opties (zie figuur 5-9 op de volgende pagina). Deze optie bestaat uit een aanvoer band naar de binnentuin die binnen de muren van de expeditieafdeling naar 2.5 meter stijgt. En afvoerbaan op 1 meter hoogte tussen de verkoop en de expeditieafdeling. De twee banen in de binnentuin onder de vloer. En op de revisieafdeling een aanvoerbaan op een meter hoogte en een afvoerbaan op twee en halve meter boven de vloer. De afvoerbaan op de revisieafdeling loopt onder het plafond door richting de achterwand van de revisieafdeling. Om vervolgens langs deze achterwand te dalen naar een hoogte van waar de medewerkers de kratten eenvoudig van de baan kunnen pakken. De robot wordt hierbij gebruikt om de kratten van de ene op de andere baan te zetten. De beide aanvoerbanen alsmede de banen in de binnentuin worden aangedreven. De overige banen zullen onder afschot worden geplaatst.
De banen in de binnentuin kunnen niet onder een afschot geplaatst worden, omdat dit zal resulteren in grote hoogteverschillen gezien de afstand van 7 meter. En omdat de twee banen in tegengestelde richting lopen geeft dit een niet zo fraai aanzicht.
Ook bij deze optie zal er gebruik worden gemaakt van gebruikte rollenbanen. Dit omdat de kosten een belangrijk aspect zijn.
Fig 5-9 Baan
Nr
kleur omschrijving Hoogte
1 Rood Aangedrevenrollenbaan, brengt de kratten op een hoogte van 2,5 meter
1 meter/2,5 meter
2 Blauw Afvoer van verkoop-expeditie 1 meter 3 Rood Van rollenbaan 1 naar 2,5 meter 4 Geel Afvoer aan verkoopzijde 1 meter 5 Paars Van robot verkoop naar revisie 408mm onder
vloerniveau 6 Paars Van revisie naar verkoop 408mm onder
vloerniveau 7 Groen Aanvoer revisiezijde 1 meter 8 blauw Afvoer aan expeditiezijde 2,5 meter 9 blauw Afvoer aan expeditiezijde,
brengt de kratten van 2,5 meter naar 1 meter.
6. De tooling
Voor het oppakken van de kratten (zie figuur 6-1) moet de robotarm worden voorzien van een
hulpstuk, wat in de robotwereld de tooling heet. Het zal verder in dit verslag dan ook tooling genoemd worden.
Deze tooling wordt een belangrijk onderdeel van het systeem. De tooling moet de kisten vastpakken om deze tussen de rollenbanen te verplaatsen. Bij verkeerd functioneren van de tooling kunnen de te vervoeren goederen in de kratten ernstige schade oplopen.
De tooling moet aan de volgende eisen voldoen:
• Functie. De tooling moet overweg kunnen met kratten in 2 verschillende maten (LxBxH). - 300 x 400 x 220(mm)
- 400 x 600 x 220(mm)
Figuur 6-1
• Produceerbaarheid. De tooling moet makkelijk te produceren zijn. Hiermee wordt bedoeld dat de tooling uit simpele onderdelen bestaat
• Slijtage. De tooling moet lang meegaan. Er wordt uitgegaan van een levensduur van 10 jaar zonder groot onderhoud.
• Uiterlijk. De tooling moet er fraai uitzien, aangezien dit project naast functioneel ook om de uitstraling zijn.
• Mogelijkheden tot andere functies. Het zou mooi zijn als de tooling naast de basis functie de mogelijkheid heeft tot andere functies. Zoals bijvoorbeeld het vastpakken van een gieter om de planten water te kunnen geven.
• Laag gewicht
De tooling wordt aangestuurd door de pneumatiek op de robotarmen.
De tooling is veilig voor de te vervoeren onderdelen, dit kan mechanische of elektronisch geregeld worden.
6.1. Werkwijze
De werkwijze voor het ontwerp van deze tooling was om simpelweg te beginnen met tekenen.
Met een aantal mensen is er een aantal brainstormsessies geweest, waarin ideeën zijn opgedaan. In totaal zijn er 7 concepten gemaakt.
Omdat er met 2 verschillende kratten gewerkt moet worden, is er gespeeld met het idee om de hoek van de kratten als oppakpunt te gebruiken. De kratten zijn in de hoek namelijk gelijk. Wanneer er voor gezorgd kan worden dat de hoek van het krat altijd op dezelfde plek terecht zou komen, dan hoeft er verder niet nagedacht te worden over de plaatsing van de grijper. Oftewel dan is geen lastige positie herkenning nodig.
Er zijn een tweetal hoekgrijpers bedacht: (zie figuur 6-2 en 6-3)
Figuur 6-2 Figuur 6-3
De eerste hoekgrijper (figuur 6-2) is een schaarconstructie die de flensen van de kratten inklemt. Het voordeel is dat door de schaarbeweging ook eventuele andere taken uitgevoerd kunnen worden door de robot, zoals demonstratieve bewegingen aangezien de robot een eyecatcher moet worden. Zo zou de robot met behulp van de tooling bijvoorbeeld de planten in de binnentuin water kunnen geven. Grootste nadeel is dat de grijper zo wel erg nauwkeurig gepositioneerd moet worden om het krat goed te kunnen pakken. Bij tweede hoekgrijper (figuur 6-3) wordt het krat op de hoek ingeklemd door een glijbeweging van een tweetal blokjes. Ook hierbij komt de positionering van de grijper behoorlijk nauwkeurig. Voor de robotarm is dit geen probleem, maar voor het uitlijnen van de kisten wordt dit moeilijker. Het nadeel aan beide grijpers is, dat het zwaartepunt van de kist redelijk ver bij de grijper vandaan komt te liggen. Dit resulteert in forse krachten en momenten in de grijper en op de
Ook is er gewerkt aan een 2-tal lepel constructies.
Figuur 6-4 Figuur 6-5
Lepelconstructie 1 (figuur 6-4) bestaat uit een tweetal hoeken die het krat in de flens op moeten pakken. Deze komen bij elkaar door een cilinder. Lepelconstructie 2 (figuur 6.5) werkt als een schuif. Deze schept het krat en door middel van een schuif wordt het krat waar van de lepel afgeschoven. Het voordeel van deze constructie is, dat de positionering niet zo precies hoeft te zijn.
Verder is er een constructie bedacht die de kist van boven aan de flens vastpakt.
Figuur 6-6
Deze constructie (figuur 6-6) heeft aan 2 zijden van het krat een 3-tal klemmen zitten waardoor het krat op de flens vastgeklemd wordt. Het voordeel van deze klem is dat alle kratten er zonder lastige besturingstechnieken in passen. Het grootste nadeel is dat het uit veel meer onderdelen bestaat, en dat de pneumatiek constant belast wordt bij het inklemmen van een krat. Het krat word dus ten opzichte van de hoek opgepakt.
Figuur 6-7 Figuur 6-8
Parallelgrijper een (figuur 6-7) werkt als een schaarprincipe. Het grote voordeel is dat deze grijper een groot bereik heeft. Hierdoor is er geen enkel probleem als er in de toekomst de kratten vervangen worden. Ook is dit concept te maken met standaardprofielen en wordt het gewicht van de kratten over de hele tooling verdeeld.
De tweede parallelgrijper (figuur 6-8) heeft door zijn ontwerp een minder groot bereik dan de eerste, maar heeft hierdoor weer minder bewegende delen, hierdoor is hij minder slijtagegevoelig. Verder heeft deze grijper alle voordelen die parallelgrijper 1 ook heeft.
Keuzetabel
produceer baar
Uiterlijk functie Mogelijkheden tot andere functies slijtage totaal % Weegfactor (x aantal punten) 2 2 4 1 3 60 100% Hoekgrijper 1 2 5 3 4 1 33 55% Hoekgrijper 2 2 1 4 1 2 29 48.3% Lepelgrijper 1 2 1 1 1 3 14 23% Lepelgrijper 2 1 1 5 5 1 32 53.3% Klemgrijper 1 5 3 1 1 28 46.7% Parallelgrijper 1 2 5 3 5 2 37 61.7% Parallelgrijper 2 5 5 5 2 5 57 95% Tabel 6-1
Onderbouwing van de weegfactoren.
Produceerbaarheid: de tooling moet goed te maken zijn. Echter aangezien er slechts twee van worden gemaakt, is dit niet van doorslaggevend niveau.
Uiterlijk: gezien de representatieve ondertoon van dit project is dit toch vrij belangrijk. Het blijft echter “form follows function”.
Functie: het gaat er uiteraard om dat de tooling zijn werk goed doet in dit blijft doen. Om deze reden is hier de weegfactor hoog.
Mogelijkheden tot andere functies: het zou mooi zijn als met de tooling ook andere objecten opgepakt kunnen worden dan de kratten. Dit is echter een leuke bijkomstigheid en geen harde eis.
Slijtage: aangezien de tooling toch 10 jaar mee moet gaan zonder groot onderhoud, is hier een weegfactor van drie aangehangen.
Uit deze vergelijkingstabel (tabel 6-1) is duidelijk dat parallelgrijper nr.2 het beste uit de test komt. Dit concept wordt gekozen om mee verder te werken en te rekenen.
Figuur 6-9
7. Besturing.
In feite draait alles om de twee robots in de binnentuin. De bewegingen die deze robots maken zijn namelijk afhankelijk van de aan en afvoer van de kratten. Kort gezegd: wanneer er geen krat klaar staat op de ene baan, of er is geen ruimte op de andere baan, dan mag de robot deze beweging niet maken. Daarnaast is er aansturing nodig voor alle stoppers en aandrijvingen. De stoppers zijn nodig om te voorkomen dat de kratten tegen elkaar aan komen te staan daar waar dit niet mag. En de stoppers zijn nodig om te voorkomen dat de kratten op verkeerde momenten gaan rollen. De aandrijvingen zijn nodig om er voor te zorgen dat de kratten verder worden vervoerd. Het hele
transport systeem wordt voorzien van sensoren om te kunnen bepalen of er kratten op dat traject staan. Eisen voor de besturing:
Voor de eisen van de besturing kunnen de wettelijke eisen genoemd in het plan van eisen een op een worden overgenomen.
Sensoren.
Er worden sensoren gebruikt om te zien of de kratten op de juiste positie staan. Alle sensoren zijn lichtsensoren. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een afzonderlijke zender en ontvanger of een gecombineerde zender en ontvanger en een spiegel. In beide gevallen gaat het er om dat de
schakelkast weet of er een krat staat, lichtstraal onderbroken. Of dat de baan leeg is, lichtstraal niet onderbroken.
Beveiliging.
Ook voor de beveiliging wordt er gebruik gemaakt van sensoren. Bij de beveiliging word gesproken over twee gebieden. (zie hoofdstuk 3.2 en bijlage E02E-NL). Gebied een is de gehele binnentuin. Gebied twee is het werkgebied van de robot, in figuur 7-1 de gele vierkanten.
Deze gebieden worden middels sensoren beveiligd Te weten lichtsensoren/schermen om het werkgebied van de robot te beveiligen. (zie figuur 7-2). De lichtschermen worden gebruikt om het directe werkgebied af te schermen. Dus wanneer iemand dit gebied betreedt moet de robot direct stoppen met bewegen. Het directe werkgebied van de robot is Zone twee.
Figuur 7-2
Voor zone een wordt er gebruik gemaakt van camerabewaking.
Hieronder in figuur 7-3 is het resultaat te zien van een test met een camera en detectiesoftware. Er zijn een aantal tests gedaan met het AForge.NET framework programma. AForge.NET framework is een open source software bibliotheek in C# (wordt uitgesproken als “C sharp”, en dit is weer een computer programmeer taal) En kan worden gebruikt voor detectie en positionering toepassingen.
De onderstaande afbeelding toont een stagiaire die een stap heeft gezet. Er is alleen veel ruis opgetreden omdat er geen vaste camera opstelling was. De foto’s zijn uit de hand genomen. Het detectieprincipe berust simpelweg op het vergelijken van afbeeldingen, afkomstig uit een camera. Dat kan een simpele webcam zijn. Het programma wordt geschreven in C# en het draait gewoon op een Windows PC. Er wordt bij dit programma een basisfoto gebruikt en de huidige camerabeelden worden constant vergeleken met deze basisfoto. Wanneer er een afwijking wordt geconstateerd ten opzichte van de basisfoto geeft de pc een signaal af. Dit signaal wordt in ons geval gebruikt om de robots langzamer te laten bewegen.
In de software is er de mogelijkheid om aan te geven welk gedeelte van het beeld buiten beschouwing gelaten kan worden. Dat zal in het geval van de binnentuin het werkgebied van de beide robots zijn. In het nieuwe pand van ACtronics wordt gebruik gemaakt van een infraroodcamera en
infraroodverlichting. Dit om verschillen in de beelden te voorkomen die veroorzaakt worden door verandering in bijvoorbeeld lichtintensiteit. Er gaat nog getest worden of met 1 camera de hele tuin beveiligd kan worden of dat er meerder camera’s geplaatst moeten worden. De software heeft wel de mogelijkheid om meerder camera’s te gebruiken.
Figuur 7-3
Actuatoren.
Wanneer er een krat op een aangedreven baan staat moet deze baan dus aangedreven worden. En uiteraard wanneer er geen krat op deze baan staat, dat de aandrijving worden dan wordt stopgezet. Dit om energie te besparen en geluidsoverlast zoveel mogelijk te beperken.
De robotarmen en tooling zijn ook actuatoren. Wanneer er aan alle voorwaarden worden voldaan dan zal de robot het krat van de ene naar de andere baan verplaatsen. Dus de robot beweegt de tooling naar de juiste plek. En de tooling zal op die positie het krat vast pakken.
De stoppers worden aangestuurd door de schakelkast en zorgen voor een gedoseerd verloop van de kratten.
De daadwerkelijke aansturing van het transport systeem is nog niet bekend. Om hier uitsluitsel over te kunnen geven, is eerst meer duidelijkheid nodig over welke componenten er daadwerkelijk worden aangeschaft. Aan hand daarvan kunnen schakelschema’s en dergelijke worden uitgewerkt.
8. Conclusie.
In dit plan is met enige regelmaat terug te vinden dat het budget de doorslaggevende factor is geweest. Met het budget wat er is, is er vaak maar een oplossing mogelijk. Het zoeken naar deze voordelige oplossing is een lange weg waar veel onderhandelingen voor nodig zijn. In de meeste gevallen is het het enthousiasme van de afstudeerders geweest wat eventuele
leveranciers heeft aangestoken, waardoor ze met oplossingen kwamen en ideeën die dit project verder heeft geholpen.
Met dit verslag ligt er een plan, een duidelijk uitgangspunt voor de uitvoering van het project. Het plan is om in juni 2012, wanneer ACtronics het nieuwe pand kan betreden, een werkend systeem te hebben staan. Dus met functionerende en uitgewerkte besturing, een tweetal robots die werken en draaiende rollenbanen. Hieraan zitten nog een aantal vragen.
Bijvoorbeeld de manier van aansturen van het systeem. Over de stoppen, actuatoren, en hun posities hebt u kunnen lezen in voorgaande hoofdstukken. De manier waarop deze dingen aangestuurd gaan worden is op het moment van schrijven nog niet zoveel bekend.
De tooling kan besteld worden zoals deze nu te vinden is in de bijlage. Ook de pneumatiek van dit systeem is klaar om besteld te worden. De systeemdruk wordt ingesteld met een krat erbij. Op deze manier kan getest worden wat de ideale druk is in het systeem om de kratten goed vast te pakken.
Er staan twee mooie Kuka robots te wachten op programmering. Deze moeten in de komende maanden een revisiekuur ondergaan om het gewenste effect te krijgen in de tuin. Ook dient de leverancier langs te komen om deze van een aantal nieuwe onderdelen te voorzien.
Kortom, wat hier ligt, is een plan waarin voor alle benodigde onderdelen een weloverwogen keuze is gemaakt. De uitwerking van dit plan staat op het moment van schrijven aan het begin.
Zie figuur 8-1op de volgende pagina voor een impressie van de uiteindelijke binnentuin van het nieuwe pand van ACtronics.
