Sortierung/Pufferung der Legosteine und Übergabe an den Roboter
IN BEARBEITUNG
Dieser Wiki-Beitrag ist Teil eines Projektes, welches im Rahmen von dem Praktikum Produktionstechnik im 7. Semester des Mechatronikstudiums absolviert wurde. Ziel des Beitrags ist es, eine nachhaltige Dokumentation zu schaffen, welche die Ergebnisse festhält und das weitere Arbeiten am Projekt ermöglicht.
Autoren: Calvin Biermann, Thorsten Solzbach und Julian Spratte
Betreuer: Prof. Dr. Mirek Göbel
Aufgabenstellung
Die dritte Projektgruppe hatte den Arbeitsauftrag den Übergang von dem Förderband zum Roboter-Arm zu gewährleisten. Hierbei sollte unter anderem realisiert werden, dass die Legosteine auf Rutschen befördern und auf diesen nach den eingebundenen Farben sortiert sind. Die beförderten und sortierten Lego-Steine sollen am Ende in einer gleichen Ausrichtung und Lage über eine Linearachse an den Roboter-Arm übergeben werden.
Erwartung an das Projekt
- Projekt in Aufgabenbereiche aufteilen
- Lösungsfindung für den Projektauftrag mit Hilfe von ingenieurmäßigen Methoden aus dem Studium
- Beschaffungsliste für die benötigten Teile erstellen und weiterleiten
- Zusammenbau der eingebundenen Komponenten
- Übergabe der erarbeiteten Inhalte an die Programmierungsgruppe
- Alle Inhalte im SVN hochladen
- Ausführliche Dokumentation der erarbeiteten Inhalte und einpflegen dieser auf die Wiki-Plattform der Hochschule Hamm-Lippstadt
Einleitung
Die dritte Projektgruppe hatten den Arbeitsauftrag den Abschnitt "Sortierung/Pufferung der Legosteine und Übergabe an den Roboter" umzusetzen. Hierbei wurde im Vorfeld eine ausführliche Analyse über die einzubindenden Funktionen anhand eines Funktionsplans mit Hilfe der Richtlinie VDI 2860 aufgestellt. Der Vorteil durch das Einsetzen dieses Verfahrens ist, dass alle wesentlichen Funktionen mit Bausteinen in einer definierten Reihenfolge und Abhängigkeiten eingebunden werden. Die dritte Projektgruppe hat diesen Graphen für die Übersichtlichkeit aufgestellt, damit eine solide Grundlage für das weitere Verständnis geschaffen ist.
Nachdem die Gesamtfunktion mit Hilfe des Funktionsplans aufgestellt wurde, konnte die Gesamtaufgabe auf 4 Gruppen aufgeteilt werden. Parallel dazu ist eine Gruppe für die Programmierung aller eingebunden Komponenten aufgestellt worden, welche die Gruppenanzahl auf insgesamt 5 Stück erhöht. Jede Gruppe hatte 2-3 Teilnehmer, welche dieses Semester den zugeteilten Verantwortungsbereich umsetzen mussten. Die dritte Projektgruppe hat ebenfalls die Aufteilung mit Absprache von Herrn Prof. Dr.-Ing- Göbel und den anderen Projektgruppen umgesetzt, so dass jede Projektgruppe einen zugeschnittenen Funktionsplan vorliegen hat. Für die dritte Projektgruppe ist der Funktionsplan für den zugeteilten Aufgabenbereich in dem anliegenden Graphen dargestellt.
Projektdurchführung
Allgemein soll die Durchführung des Projektes mit 105 Stunden Selbststudiums-Zeit und der eingebundenen Präsenzzeit durch die Praktikumsveranstaltung umgesetzt werden. Durch die im Vorfeld getroffene Strukturierung, wurden weiterführend in dieser Projektgruppe unterschiedliche ingenieurmäßige Methode eingebunden, um eine solide und transparente Projektdurchführung zu gewährleisten. Dies beinhaltet Verfahren welche im Projektplan genauer beleuchtet werden, des weiteren sind alle Dokumente über dieses Projekt im dazugehörigen SVN-Ordner hinterlegt.
Ermitteln von gegenwärtiger und zu benötigenden Bauteilen für diesen Projektabschnitt
Die Projektgruppe hatte eine Grundlage an vorgelegten Bauteilen, welche sich in der nachfolgenden Tabelle auflisten:
Vorhandene Bauteile
| Nr.: | Artikel: | Artikelbeschreibung: | Menge in [Stück] |
|---|---|---|---|
| 1. | Modul Rutsche | Diese Rutschen sollen die Legosteine transportieren | 4 |
| 2. | Linearachse | Transport der Legosteine zum Roboterarm | 1 |
| 3. | Zahnriemenachse | Diese soll in die Umsetzung der Aufgabe eingebunden werden | 1 |
| 4. | Aluminium-System-Profile | Diese Profile sollen für das Zusammenbauen der Komponenten eingebunden werden | unbegrenzt |
Morphologischen Kasten zur Lösungsfindung aufstellen
Da die Legosotieranlage nicht nur kostenoptimiert ausgelegt ist, sondern auch eine mechatronische Vielfältigkeit abbildet, erfolgt die Lösungsfindung der zu realisierenden Sortierung und Pufferung der Legosteine sowie deren Übergabe an den Roboter durch einen morphologischen Kasten:
Durch die unterschiedlichen Komponenten und Umsetzungen ergeben sich aus deren Zusammensetzung drei Lösungsvarianten, die in der folgenden tabellarischen Nutzwertanalyse bewertet sind:
So ist die Variante 1 zu wählen, da sie durch die vier gewählten Luftrutschen einen ausreichend großen Puffer gewährleistet und die Rutschen durch das Luftpolster in ihrer Winkeleinstellung, um ein Gleiten des Legosteins zu ermöglichen, deutlich variabler sind.
Beschaffung von benötigten Bauteilen
Nach der Nutzwertanalyse müssen zu den vorhandenen Bauteilen jeweils vier Luftrutschen und vier Sperrzylinder bestellt werden, wie der Bestellliste zu entnehmen ist.
Beide Komponenten werden von Festo Didactic SE bezogen:
3D Druck und Zeichnungserstellung von noch benötigten Komponenten
Da im Rahmen des Praktikums auch die Möglichkeit bestand Bauteile durch 3D-Druck zu erstellen, wurde für zwei Varianten aus dem morphologischen Kasten diese in Anspruch genommen.
Um die Legosteine zentral auf den Luftrutschen zu führen, wurden spezielle Schienen angefertigt. Diese wurden in zwei Ausführungen (links & rechts) angefertigt und bestehen aus jeweils einem Ober- und einem Unterteil.
Die Übergabe von den Rutschen auf den Linearzylinder wurde ebenfalls durch ein 3D gedrucktes Teil realisiert. Die Steinaufnahme wurde so konstruiert, dass sich der Legostein in leichter Schräglage in der Aufnahme befindet. Die Bohrungen zur Befestigung auf der Linearachse wurden nachträglich angebracht.
Die Zeichnungen aller Teile finden sich als PDF Dokumente unter dem Punkt Unterlagen wieder.
Anfertigen von Bauteilen und zusammenfügen aller Komponenten
Um einen einheitlichen Rutschwinkel von allen Luftrutschen zu gewährleisten, wurden diese von der Unterseite mit einer Strebe untereinander verschraubt. Diese Strebe wurde aus Kunststoff gesägt und anschließend mit Bohrungen versehen. Durch diese Bohrungen wurden Schrauben mit Nutensteinen in der Unterseite der Luftrutschen angebracht.
Alle Rutschen wurden mit der Strebe zu einem Gestell montiert, welches wiederum auf die Zahnriemenachse montiert werden musste. Dafür wurde eine Befestigungsplatte ebenfalls aus Kunststoff gefertigt. Die Bohrungen der Platte entsprechen dem Bohrbild auf der Grundplatte der Zahnriemenachse.
Da die Gesamtanlage eine bestimmte Höhe aufweist, musste der Linearzylinder auf den die Legosteine übergeben werden erhöht werden. Dazu wurde ein Untergestell aus Holz gebaut welches unten in den Nuten des Montagetischs befestigt wird. Die Verbindung zur Linearachse wurde ebenfalls durch Nutensteine an derselbigen realisiert.
Verwendete Bauteile
Ein Teil der Bauteile musste bestellt werde, diese stehen in der Bestellliste, weitere zu benötigende Bauteile konnte aus dem Magazin entnommen werden.
Modul Luftrutsche
Es wurden unterschiedliche pneumatische Bauteile verwendet, damit die Funktion auch erfüllt werden konnte.
Das Modul der Luftrutsche von dem Unternehmen Festo wurde für die Weitergabe und als Pufferlager für die Legosteine verwendet.
Modul Sperre
Das Modul der Sperre besteht aus einem einfachwirkenden Zylinder mit einer Federrückstellung. Dieser dient als Endanschlag an den Rutschen und ist durchgehend ausgefahren, damit die Legosteine nicht durchrutschen.
Ventilinsel
Die Ventilinsel (10P-10-8D-MP-N-U-6HGG+H-D) wird in diesem Projektabschnitt für die Ansteuerung der pneumatischen Aktoren verwendet. Die Ventilinsel kann über die eingebundene SPS-Steuerung angesteuert werden.
Linearachse
Die Linearantrieb (DDLI-32-360-P-MF2MATAP) dient zum Verfahren des ausgewählten Legosteins bis zum Übergabepunkt für den Roboterarm.
Zahnriemenachse an Schrittmotor
Der Schrittmotor ist mit einer Zahnriemenachse verbunden und soll die Rutschen so verfahren, dass jeweils immer die gleiche Legosteinfarbe in dem zugeordneten Puffer eingelagert wird. Dieses Bauteil wird genau so wie die Linearachse mit der SPS angesteuert.
Mechanische-Komponenten
Bestellliste
| Nr.: | Artikel: | Artikelbeschreibung: | Menge | Kosten in [€] | Gesamtbetrag in [€] |
|---|---|---|---|---|---|
| 1. | Modul Luftrutsche | Diese Rutschen arbeiten mit einem Luftpolster und sollen die Legosteine mit einen flachen Winkel befördern können | 4 | 242,00 | 968,00 |
| 2. | Modul Sperre | Zylinder für die Luftrutschen, diese sollen als Anschlag für die Legosteine an der unteren Endlage der Luftrutschen positioniert werden | 4 | 81,00 | 324,00 |
Marketing
Das Marketing für dieses Projekt bezieht sich auf die Außendarstellung der Hochschule. Durch solche Projekte sollen Anreize für zukünftige Studenten, aber auch Partnerunternehmen geschaffen werden. So werden hierdurch die Möglichkeiten der Hochschule bei solchen Praktikas genauer dargestellt und die erlernten Inhalte des gesamten Studiums widergespiegelt.
Ergebnis
Anliegend sind Bilder zu den erarbeiteten Inhalten.