Публикувано на Оставете коментар

Пържени картофи а ла Doosan

Пържени картофи а ла Doosan

 

DHR Engineering е създадена като компания за разработване на нови инструменти и решения и духът на иновациите все още витае в нашия екип. За нас звучи напълно реалистично да отделим цял уикенд, извън работно време, за да се забавляваме с нещо, свързано с ежедневните задачи на компанията. За тази цел решихме да организираме домашен хакатон и да направим пържени картофи с помощта на шестосен робот DOOSAN.

Въведение

Цели на проекта

  • Програмирайте робот с шест оси да пържи картофи в стандартен фритюрник и ги сервирайте.
  • Запишете видео на робота в действие.

Защо го направихме

  • Да се демонстрират възможностите на DOOSAN и неговите приложения в различни области.
  • За забавление! Възможността да решим нов, интересен проблем с 24-часов срок на действие постави на изпитание креативността на екипа и възможностите на машините, с които разполагаме.

План за действие

  • Обмислете и очертайте различните действия, които роботът ще трябва да извърши за успешно готвене (напр. отваряне на хладилника, транспортиране на пържени картофи, пържене и т.н.).
  • Закупете и модифицирайте различни материали и инструменти, които да използвате (напр. кутия за транспортиране на сурови пържени картофи, фритюрник и др.); за всеки артикул, проектирайте интерфейсни части, за да улесните връзката между захвата на робота и съответния обект.
  • Настройка на “кухнята” – позициониране на робота, фритюрник, хладилник; подготви за видеозапис.
  • Програмирайте робота – определете последователността на движенията, намерете правилните настройки и скорости.
  • Тествайте, отстранявайте грешки и записвайте видеоклипа.

Готов! Комплект! Отивам!

С голям ентусиазъм започнахме да обсъждаме какво точно искаме да постигнем и как да го направим. Някои стъпки бяха подходящи за робота, а други бяха оставени за нас, за да спестим време. Ето крайния резултат от нашата мозъчна атака:

Подготовка (човешки задачи)

  1. Подредете и закрепете всички обекти, включени в процеса (робота, фритюрниците, различни контейнери).
  2. Налейте олиото във фритюрниците и го загрейте.
  3. Пригответе кутиите със сурови пържени картофи в хладилник.
  4. Поставете купа за готовите продукти.

Пържене на пържени картофи (движения на робота)

  1. Отворете хладилника.
  2. Грабнете първата кутия със сурови пържени картофи.
  3. Затвори вратата.
  4. Махнете капака от кутията.
  5. Пуснете пържените картофи в мрежата на фритюрника.
  6. Оставете кутията настрана.
  7. Хванете мрежата на фритюрника и я потопете в горещото олио.
  8. След определено време повторете стъпки 1-7 за следващата кутия сурови пържени картофи.
  9. След определено време хванете мрежите на фритюрника със сготвените пържени картофи и ги изпразнете в купата.
  10. Вземете солницата и овкусете картофите.
  11. Поднесете картофите в специална кошничка.

От списъка е видно, че е необходим специален интерфейс за всеки от следните елементи: кутия, капак, фритюрник, сол, кошница за сервиране, хладилник. Започнахме да проектираме и отпечатаме частите.

Проектиране и производство на 3D части

Интерфейс

За да извършим всички необходими операции за пържене на картофите, първо трябваше да определим как роботът ще манипулира всеки елемент в процеса. За да осигурим повторяемост и сигурно захващане, решихме да използваме скоба тип лястовича опашка, където е възможно – тя позволяваше фиксирано позициониране в две равнини и осигуряваше сигурно захващане по време на движенията на робота. Към всеки елемент, който роботът трябваше да хване, ние прикрепихме (закрепихме или залепихме) 3D отпечатан допълнителен компонент тип лястовича опашка – по този начин роботът успя да хване повечето от елементите със същия интерфейс.

Дизайн на челюстта

Както споменахме в първи статия от нашата серия за 3D печат, челюстите на захвата могат да комбинират множество операции в една. В нашия случай използвахме предната част на челюстите, за да захванем скобите тип лястовича опашка, докато средната цилиндрична част беше предназначена за солта. По случайност вратата на хладилника имаше много удобна геометрия и един обикновен болт, стърчащ от челюстите, беше достатъчен, за да може роботът да отвори хладилника. Не е най-красивото решение в света, но хей, имахме нужда от него, за да работи възможно най-скоро!

Тъй като захватът имаше само две позиции за челюстите – отворени и затворени – трябваше да моделираме леко припокриване, когато челюстите бяха напълно затворени, за да сме сигурни, че роботът няма да изпусне предмета, който носи.

Производство на 3D принтирани части

Имахме ограничено време и няколко принтера на наше разположение. За да се ускори процесът, всяка част беше отпечатана отделно, веднага след като дизайнът й беше завършен. Това, разбира се, доведе до няколко неуспешни дизайна, които трябваше да бъдат коригирани и препечатани – итеративен процес, който е често срещан в областта на инженерството. Най-сложните части бяха готови за по-малко от 90 минути.

Настройка на кухнята и програмиране на робота

След като стартирахме 3D принтерите, продължихме с настройката на „кухнята“ – половината от работилницата ни беше пренаредена, преместихме робота и донесохме няколко маси. Бяха взети под внимание различни параметри, като обхват на робота, ред на движенията и кадриране и светлина за видеото.

Програмирането на робота също беше трудна задача. Като повечето роботи с шест оси, Doosan има два режима на движение – „линеен“ и „ставен“. Линейното движение позволява по-добър контрол върху траекторията и се използва за точно позициониране и захващане на обектите, които манипулираме. Движението на ставата, от друга страна, е предназначено за най-кратката и най-бърза работа между две предварително определени места. Този режим беше използван за преход между различните стъпки в процеса. Започнахме с няколко стъпки, като очертахме работния процес и добавихме или коригирахме списъка с всяка итерация на теста. Скоростта на движенията (пряко свързана с инерцията на пренасяните предмети) също беше нещо, което трябваше да разберем чрез проба и грешка.

Тестване, отстраняване на грешки и видео

Най-интензивната част от цялото приключение беше, когато започнахме да тестваме кухненската обстановка. Очаквано се появиха различни проблеми – някои от отпечатаните части не паснаха на контейнерите, някои не бяха достатъчно здрави и се наложи да ги подобрим и препечатаме.

Най-важният урок, който научихме обаче, беше, че е изключително важно всичко да се фиксира много добре към земята. Имаше няколко случая, когато някой случайно измести маса с няколко сантиметра и всички позиции на роботите избягаха. Това беше труден урок за научаване, но ценен.

Най-накрая, след дълъг и интензивен ден, бяхме готови за истинския тест: запис на еднократно видео на робота, преминаване през всички стъпки и доставяне на прясно приготвени пържени картофи... След три дълги минути всичко беше готово и седнахме за да се насладите на вкусни, лесно приготвени пържени картофи!

Заключение

За да обобщим всичко, беше страхотен уикенд! Три съставки бяха необходими, за да се случи: специален екип, мощният робот Doosan и невероятната технология за 3D печат!

Както винаги, ще се радваме да ви помогнем с всичко, свързано с автоматизация, роботи или 3D печат (или готвене)! Уведомете ни в коментарите!

Публикувано на Оставете коментар

Казус 1: Пластмасови челюсти за пневматичен грипър

Казус 1: Пластмасови челюсти за пневматичен грипър

 

Автоматизираните CNC машини отдавна са стандартно оборудване в металообработващата индустрия, но свързването на всички различни операции в напълно автоматизиран поток все още изисква човешка намеса. Компании като DoosanRobotics са разработили роботи с шест оси, които с помощта на различни крайни инструменти (захващащи устройства, вендузи и т.н.) могат да изпълняват много сложни задачи, намалявайки нуждата от човешки труд при повтарящи се задачи. Могат ли обаче тези роботи да се справят с най-обикновената операция – зареждане и разтоварване на части от CNC мелницата?

Какви са бариерите пред един напълно автоматизиран цех?

За повечето части производственият процес е разделен на две стъпки – обработка на горната и страничните повърхности (1) и обработка на долната повърхност (2). За да може роботът да преодолее празнината между двете операции, роботът трябва да бъде оборудван с подходящ инструмент, който може да обработва заготовката и обработения компонент прецизно и сигурно (един такъв инструмент е Schunk grapper). Обикновено се използват два комплекта челюсти за захващане – стандартни успоредни челюсти за задържане на заготовката и изработени по поръчка челюсти, които пасват на частично обработения детайл (например цилиндричен детайл от едната страна на детайла, създаден с първата операция в мелницата). 

Персонализираните челюсти често се изработват от алуминиеви блокове с точната форма, която трябва да пасне във вътрешността. Подготовката на тези челюсти изисква самостоятелна инвестиция на време и средства. Веднъж произведени, алуминиевите челюсти не позволяват почти никакви промени в дизайна на частта, която държат, и ако бъдат направени промени, комплектът челюсти вече не може да се използва. Освен това в някои случаи процесът не може да бъде автоматизиран, тъй като стандартните и потребителските челюсти трябва ръчно да се сменят между операциите. Съвременното решение на всички тези проблеми е 3D-принтирането.

Фигура 1 – сили, действащи върху челюстите по време на употреба

 

Бързо, лесно, евтино

В първи статия от поредицата описахме изискванията, на които трябва да отговаря една метална част, за да бъде заменена с 3D отпечатана. В случая на челюстите на захващане са изпълнени всички условия:

  • Захващането и преместването на малки до средни части упражнява сили под 1500 N и пластмасовите челюсти няма да имат проблем да ги издържат. Това включва и циклично натоварване – комплектът челюсти, които в момента имаме в сервиза, е използван за повече от 20 000 цикъла.
  • Температурата на околната среда в цеха е около 25 градуса по Целзий.
  • Имаме нужда само от няколко комплекта челюсти, за да не се произвеждат големи партиди.

Но защо все пак ще искаме пластмасови части? Ето някои добри причини: 

  • 3D печатът позволява много сложни дизайни без производствени разходи. Това ни дава възможност да създаваме челюсти с множество интерфейси, които ще могат да захващат обработения детайл във всички етапи на неговото производство. Както може да се види на Фигура 2, интерфейсите могат да бъдат разположени от двете страни на челюстите (плосък интерфейс от едната страна, извит интерфейс от другата страна), увеличавайки максимално броя на формите, които могат да бъдат манипулирани с комплекта.
  • Времето за изработка на комплект челюсти с размери 100 х 40 х 15 мм е само 2 часа, без да е необходима допълнителна обработка. Според калкулатора на сайта ни цената е 35 лв. към март 2023 г.
  • В случай, че дизайнът на обработената част бъде променен по някакъв начин, пластмасовите челюсти могат лесно да бъдат модифицирани в 3D модела и отпечатани отново само за няколко часа. По подобен начин може да се създаде нов комплект, ако челюстите са повредени или износени
  • Пластмасите са много по-меки от метала и отпечатаните челюсти никога не могат да надраскат или повредят обработваната част. Външният вид на частта е първият знак за добро (или лошо) качество на работата

Фигура 2 – интерфейси от двете страни на челюстите – плоски (отвътре) и извити (отвън)

 

Тайните на добрия дизайн

Създаването на добър инструмент изисква внимателно проектиране в различни области – производство, употреба, надеждност, поддръжка. Ето какво взехме предвид при създаването на пластмасовите челюсти:

  • За да намалим времето за производство, сложността на управлението на склада и времето за престой, загубено при подмяна на челюсти между различни операции и части, искахме да включим възможно най-много интерфейси в комплекта челюсти. На фигури 2 и 3 можете да видите трите интерфейса, които успяхме да комбинираме – цилиндричен захват за формата след първата операция; равна повърхност от вътрешната страна за заготовката; наличен втори плосък захват с различен размер, ако се използва външният интерфейс. Комбинираният комплект челюсти ни позволява да автоматизираме целия производствен процес за детайла на фигура 3 – зареждане на заготовката, смяна на ориентацията след първата операция и разтоварване на готовия продукт след втората операция.

Фигура 3 – един и същ комплект челюсти може да се използва за множество операции

 

  • Много важно съображение при проектирането е изчисляването на цикличните и пиковите сили, които действат върху челюстите. Както геометричният дизайн, така и параметрите на 3D принтера се основават на това изчисление. На фигура 1 можете да видите основните сили, действащи върху челюстите – вертикални сили, които се появяват при повдигане (червено) и хоризонтални сили, дължащи се на захващане на детайла (синьо). Като взехме предвид изчисленията на силата и следвайки най-добрите практики за проектиране, ние разработихме подходящата геометрия. Що се отнася до самия печат, използвахме 80 % плътност на пълнежа и надеждната PETG пластмаса. Освен това нишковидните слоеве са успоредни на хоризонталните сили, където се изисква най-голяма якост.
  • Колаборативните роботи на Doosan могат да постигнат повторяемост от 0,1 mm. Имахме нужда от сигурен и прецизен начин за монтиране на персонализираните отпечатани челюсти към робота, за да увеличим максимално неговите възможности. Тъй като технологията за 3D печат все още не може да поддържа такива малки допуски, използвахме добре познат трик, за да свършим работата – метални вложки (Фигура 4). В задната част на всяка челюст е оставен специален слот за вложки с тесен толеранс (h7) – те гарантират, че относителната позиция между робота и челюстите е винаги еднаква.

Фигура 4 – прецизен монтаж на челюстите благодарение на фиксиращите вложки

 

Заключение

3D отпечатаните челюсти за захващане определено са успешни – използваме ги от месеци в нашата работилница без проблеми.

Темата за следващата седмица е свързана с една на пръв поглед незначителна дейност – почистване на масата на мелницата. Въпреки че много оператори пренебрегват тази част от работата, наличието на метални стърготини ограничава автоматизацията и може да причини неправилно подравняване и ожулени части. Предлагаме просто, но ефективно решение. 

До другата седмица!