Collaborativ robot for valve assembly : Collaborative assembly of connection blocks with development of programming and tools

Volvo CE i Arvika vill utöka sin kunskap kring automation på monteringsavdelningen för att skapa en mer ergonomisk, säker och effektiv tillverkningsprocess. Arbetet utförs i ett projekt där två examensarbeten arbetar parallellt med syftet att undersöka möjligheten att använda en kollaborativ robot för äntring av komponenter och på så vis avlasta personalen från de icke ergonomiska arbetsmomenten. De två examensarbeten är separerade där “allt som inte rör på sig” såsom fixturer och layout utvecklas i det parallella examensarbetet och “allt som rör på sig” såsom kollaborativ robot, gripdon och verktyg utvecklas i detta examensarbete. Arbetet är avgränsat till att äntra samtliga komponenter till ett anslutningsblock med användning av en kollaborativ robot, UR10e från Universal Robots och gripdonet Hand-E från Robotiq. Genom laborationer, rapid prototyping, konceptutveckling kombinerat med en teoretisk fördjupning inom kollaborativa robotar, gripdon, human robot collaboration, ergonomi och dess roll i industri 4.0 har möjligheten att använda en kollaborativ robot inom montering undersökts samt hur arbetsplatsen påverkas ergonomiskt av denna typ av implementering. Arbetet resulterade i två användbara prototyper. Ett par självcentrerande gripfingrar och ett magnetverktyg. Med dessa två prototyper, fixturer från det parallella examensarbetet, den kollaborativa roboten UR10e samt gripdonet Hand-E kan samtliga komponenter äntras i anslutningsblocket. Processen är dock inte helt komplett. Magnetverktyget är utformat för att fixera en insexplugg men fixeringen är inte helt pålitlig, varför verktyget behöver vidareutvecklas. Utöver detta anses den kollaborativa robot som har använts under laborationerna överdimensionerad och funktionsanalysen visar att en mindre kollaborativ robot, UR3e, uppfyller de krav och önskemål bättre.Volvo CE in Arvika wants to expand their knowledge in automation on the medium line to create a more ergonomic, safe and efficient manufacturing. This task is performed in a project where two bachelor theses are working parallel. The purpose with this work is to find out if a collaborative robot can enter the different components into a connection block thus relieving the personnel from those un-ergonomic tasks. The two theses are separated in “things that don’t move” and “things that move” where the thesis that have the parts that don’t move include fixtures and layout. The other thesis includes development within the collaborative robot, gripper and special tools for the collaborative robot. The work is limited to entering all the components to a connection block with a collaborative robot, UR10e from Universal Robots and a gripper HAND-E from Robotiq. Through laboratory work, rapid prototyping, concept development, and theoretical exploration of collaborative robots, grippers, human-robot collaboration, ergonomics, and their role in Industry 4.0, the feasibility of using a collaborative robot in assembly operations has been investigated, along with the ergonomic impact of such an implementation on the intended workplace. The work resulted in two useful prototypes. A pair of self-centering grippers and a magnetic tool. With these two prototypes, fixtures from the parallel thesis project, the collaborative robot UR10e, and the gripper Hand-E, all components can be assembled in the connection block. However, the process is not flawless. The magnetic tool is designed to secure an Allen plug, but the fixation is not entirely reliable why further development is needed. In addition to this, the collaborative robot used in the experiments is considered oversized, and a smaller collaborative robot, UR3e, is recommended, as it better fulfills the requirements and preferences stated in the functional analysis