Design process of multi functional end effector for robotic welding cells

Welding is traditionally a manual process used to join metal components through electrode-based heating. This process often requires labor-intensive part preparation and exposes workers to hazardous visual and respiratory conditions. Although collaborative robots (cobots) have improved productivity, safety, and weld quality, the setup phase still involves manual planning and placement of weld fixtures, limiting the overall efficiency of automation. This thesis explores the reduction of weld preparation time through the development of a weld fixture placement system using a multi-tool end effector. A modular toolset—including adapted weld table positioning pins and fence components—was designed and evaluated for its functional integration within robotic systems. A comparative time study was conducted between traditional manual fixture setup and the proposed robotic pre-placement method. The results demonstrate a measurable reduction in setup time. These findings support the implementation of automated fixture tooling as a strategy to streamline the welding process and assist operators by reducing physical workload and preparation time.

La saldatura metallica è tradizionalmente un processo manuale per unire componenti metallici mediante riscaldamento basato su elettrodi. Questo processo richiede spesso una preparazione delle parti ad alta intensità di manodopera ed espone i lavoratori a condizioni visive e respiratorie pericolose. Sebbene i robot collaborativi (cobot) abbiano migliorato la produttività, la sicurezza e la qualità delle saldature, la fase di configurazione richiede ancora la pianificazione e il posizionamento manuale delle attrezzature, limitando l'efficienza complessiva dell'automazione. Questa tesi esplora la riduzione dei tempi di preparazione della saldatura attraverso lo sviluppo di un sistema di posizionamento dei dispositivi di saldatura basato su un effetore finale multiutensile. È stato progettato e valutato un set di strumenti modulari—composto da perni di posizionamento adattati per la tavola di saldatura e componenti di recinzione—per la loro integrazione funzionale nei sistemi robotici. È stato condotto uno studio comparativo sui tempi tra la configurazione manuale tradizionale e il metodo di pre-posizionamento robotico proposto. I risultati dimostrano una riduzione misurabile del tempo di configurazione. Questi risultati supportano l'adozione di attrezzature automatizzate come strategia per semplificare il processo di saldatura e supportare gli operatori riducendo il carico di lavoro fisico e i tempi di preparazione.