A szakdolgozat célja egy adaptív gripper tervezése, a Tenaris cégcsoport, Zilahon található gyárában “Tenaris Silcotub”, azon belül is a kisméretű “GAMA MIC” csőcsatlakozók gyártósorában található foszfátozó cella robotizálásához. A tervezés központi kihívása az volt, hogy egy olyan megfogó szerkezetet kellett létrehozni, amely a teljes termékcsalád összes tagját kezelni tudja, jelentős kézi átállítás, vagy beavatkozás nélkül, csökkentve ezzel a modellváltások jelenlegi kb. 120 perces átállási idejét. Robotok és gripperek áttekintése, a második fejezetben a robotika alapfogalmait tárgyalja, amelyek a tervezési munka megalpaozásához szükségesek: szabadságfok (DOF), munkatartomány (reach), teherbírás (payload), valamint ismétlési pontosság (repeatability). Bemutatásra kerülnek a különféle ipari robotok, pl. karteziánus, SCARA, Delta, AGV-k, kollaboratív robotok, moduláris, és soft robotok, és azoknak az alkalmazási területével. A fejezet külön kitér a gripperek osztályozására is, pl. pneumatikus, elektromos, vákuumos, mágneses, stb. Valamint a vezérlések típusaira is, pl. PLC, MES rendszerek illeszkedése, szenzorintegráció, offline szimulációkra, és a karbantartási szempontokra. Mindez együtt határozza meg, hogy a tervezett grippernek milyen technikai követelményeknek kell megfelelnie a gyártósori környezetben.
Öt konkrét csőcsatlakozó-típust mutat be a méret, falvastagság, anyagminőség és csatlakozótechnológia szerint: a 2,875”-os P110 Blue®, az 5,000”-os L80 Type 13Cr Wedge 513®, a 9,625”-os L80 Type 13Cr Wedge 623 Dopeless®, a 10,750”-os P110 Blue® Max Dopeless®, valamint a 13,625”-os P110 Blue® modelleket. Ezek a műszaki paraméterek képezik a tervezés bemeneti specifikációját: a grippernek mindezeket - 2,875”-tól 13,625”-ig terjedő külső átmérőkkel és akár 50 kg tömegig - problémamentesen kell kezelnie. Moduláris szerszámrendszerek gazdasági előnyeit elemzi: a változó terméktípusú gyártósorokon az adaptív megfogó akár 15-25%-os OEE-mutató-növekedést eredményezhet az átállási idők csökkentésével. Ez közvetlenül indokolja a tervezett gripper bevezetését. A tervezés első szakaszában két alternatív megoldási irány merült fel. Az első verzió egy kéthengeres, pneumatikus megoldás lett volna, ami egyszerűségében vonzónak tűnt, viszont a sűrített levegős rendszer nem nyújt elegendő pontos pozícióvezérlést a precíziós feladathoz. A második koncepció egy szervomotoros, két szimmetrikusan mozgó ujjas változat volt, ahol a motor egy menetes tengelyt forgatva mindkét ujjat ellenirányba mozgatja. Ezt a megoldást egy merevítő rúd egészítette ki, a forgatás meggátlására. A próbamodellnél ekkor egy kritikus probléma jelentkezett: DEBRECENI EGYETEM MŰSZAKI KAR GÉPÉSZMÉRNÖKI TANSZÉK szimmetrikus szerkezet túl szélesnek bizonyult ahhoz, hogy a tárolóketrec sarkaiban lévő csöveket is el tudja érni, ezért nem oldotta meg a teljes feladatot.
A végleges dizájn egy teljesen átgondolt aszimmetrikus elrendezés lett, az egyik gripperujj fixen a robotfejhez van rögzítve, a másik pedig egy menetes tengelyen mozogva közelít hozzá. Ez az aszimmetria lehetővé teszi, hogy a fix ujj a ketrec sarkáig benyúljon, miközben a mozgó ujj csak akkora amplitúdóban mozog, amennyit a csőcsatlakozó belső peremén áthaladva szorítani szükséges -ez maximum 10 mm visszahúzódást jelent. Ez a verzió megoldotta az elérési problémát, anélkül hogy a sebességet jelentősen csökkentette volna.
A meghajtáshoz a Festo EMMB-AS-80-07-K-S30MB szervomotor került kiválasztásra, 750 W teljesítménnyel, 3000 RPM-mel és 7,17 Nm nyomatékkal, ami megfelelő tartalékot biztosít az akár 50 kg-os terheléshez. A menetes tengely, fix ujj, mozgatott ujj, alapok „base plate”-ek, merevítő rudak, mind egy komponensből készülnek, az AISI 4140 ötvözött acélból. 900-1100 MPa szakítószilárdsággal, magas fáradási ellenállással, magas kopásállósággal rendelkezik. Csapágyhoz az SKF NN 3008 TN/SP precíziós csapágyat választottam, a motor és a tengely közötti illesztéshez pedig a KTR Rotex GS rugalmas tengelykapcsoló került.
A jelenlegi robotrendszer mellett alkalmazható kiegészítő technológiák integrálása a jelenlegi gyártósori rendszerbe. Delta robotokat a bevonatok felvitelénél, AGV-ket a belső logisztikában, illetve gépi tanuláson alapuló rendszereket a minőség-ellenőrzésnél és prediktív karbantartásnál. Ezek nem helyettesítik, hanem fázisonként kiegészíthetik a megtervezett gripperre épülő robotcellát.
Az elkészült adaptív gripper várhatóan 98,3-99%-kal csökkenti az átállási időt, miközben az 50 kg-os terhelés teljes átmérőtartományában biztonságosan kezeli. A tervezés egyszerre szolgálja az OEE-mutató javítását, karbantartási költségek mérséklését és az emberi beavatkozás minimalizálását.