(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế chế tạo thử nghiệm robot hàn tự động nhận diện mối hàn

(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế chế tạo thử nghiệm robot hàn tự động nhận diện mối hàn(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế chế tạo thử nghiệm robot hàn tự động nhận diện mối hàn(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế chế tạo thử nghiệm robot hàn tự động nhận diện mối hàn(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế chế tạo thử nghiệm robot hàn tự động nhận diện mối hàn(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế chế tạo thử nghiệm robot hàn tự động nhận diện mối hàn(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế chế tạo thử nghiệm robot hàn tự động nhận diện mối hàn(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế chế tạo thử nghiệm robot hàn tự động nhận diện mối hàn(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế chế tạo thử nghiệm robot hàn tự động nhận diện mối hàn(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế chế tạo thử nghiệm robot hàn tự động nhận diện mối hàn(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế chế tạo thử nghiệm robot hàn tự động nhận diện mối hàn(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế chế tạo thử nghiệm robot hàn tự động nhận diện mối hàn(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế chế tạo thử nghiệm robot hàn tự động nhận diện mối hàn(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế chế tạo thử nghiệm robot hàn tự động nhận diện mối hàn(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế chế tạo thử nghiệm robot hàn tự động nhận diện mối hàn(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế chế tạo thử nghiệm robot hàn tự động nhận diện mối hàn(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế chế tạo thử nghiệm robot hàn tự động nhận diện mối hàn(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế chế tạo thử nghiệm robot hàn tự động nhận diện mối hàn(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế chế tạo thử nghiệm robot hàn tự động nhận diện mối hàn

LỜI CAM ĐOAN  Tôi cam đoan công trình nghiên cứu tơi  Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2011 (Ký tên ghi rõ họ tên) Phạm Mạnh Trường ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập nghiên cứu chương trình đào tạo sau đại học trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP HCM, em tiếp thu đúc kết nhiều kiến thức bổ ích cho chun mơn Với đề tài nghiên cứu hình thức luận văn thạc sỹ, em vận dụng kiến thức học để giải vấn đề thực tế Đề tài nghiên cứu giải vấn đề lĩnh vực hàn tự động, lần tiếp xúc nên em gặp nhiều khó khăn Với hướng dẫn tận tình thầy hướng dẫn TS Lê Chí Cương với hỗ trợ gia đình, bạn bè Cho đến thời điểm luận văn em đạt kết mong muốn Đến đây, cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành đến: - Ban Giám Hiệu trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM - Thầy TS Lê Chí Cương – Khoa Cơ khí chế tạo máy - Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP HCM - Quý thầy khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy - Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP HCM - Q thầy phịng đào tạo q thầy cô khoa khác – Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP HCM - Gia đình, bạn bè Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, hỗ trợ động viên quý báu tất người Xin trân trọng cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2011 Học viên thực luận văn iii TĨM TẮT Nội dung luận văn thiết kế - chế tạo thử nghiệm mơ hình robot hàn tự động nhận diện mối hàn để hàn đường cong mặt phẳng nằm ngang Nơi dung gồm: Chương 1: Trình bày tổng quan robot hàn: lịch sử phát triển ngành hàn, ứng dụng robot hàn sản xuất, dạng robot hàn, tình hình nghiên cứu ngồi nước, mục tiêu nghiên cứu luận văn Chương 2: Trình bày phương pháp hàn tự động lớp thuốc Chương 3: Trình bày cấu trúc phần cứng robot Chương 4: Trình bày giải pháp nhận biết đường hàn điều khiển đầu hàn Chương 5: Trình bày điều khiển robot Chương 6: Trình bày việc thử nghiệm robot đánh giá kết đạt Chương 7: Kết luận vấn đề giải quyết, vấn đề tồn đọng hướng phát triển luận văn iv ABSTRACT The main content of essay tends to design – make a prototype of welding mobile robot automatic recognize the welding track to weld curve in horizontal plane The content includes: Chapter 1: This chapter shows general of welding robot: history and development of welding, using of welding robot in manufacture, type of welding robot, problems concerned in the research of welding robot in Viet Nam and other countries, objective of essay Chapter 2: This chapter shows the method Submerged Arc Welding Chapter 3: This chapter shows the hardware of robot Chapter 4: This chapter shows the way to recognize the welding track and control welding torch Chapter 5: This chapter shows control robot Chapter 6: This chapter shows the results of research and comment about the result Chapter 7: Sumary of essay v MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách hình x Danh sách bảng xvi CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LĨNH ROBOT HÀN 1.1 SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH HÀN 1.2 ROBOT HÀN 1.2.1 Ứng dụng robot hàn sản xuất 1.2.2 Các dạng Robot hàn 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.4 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 25 1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu 25 1.4.2 Giới hạn đề tài 26 CHƯƠNG HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC 27 2.1 LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN 27 2.1.1 Sự tạo thành mối hàn 27 2.1.2 Tổ chức kim loại mối hàn 30 2.2 KHÁI NIỆM 31 2.3 THIẾT BỊ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC 32 2.4 VẬT LIỆU HÀN 35 2.4.1 Dây hàn 35 2.4.2 Thuốc hàn 36 2.5 KỸ THUẬT HÀN 37 vi 2.5.1 Mồi hồ quang 37 2.5.2 Ngắt hồ quang 39 2.5.3 Kỹ thuật lót 39 2.5.4 Hàn giáp mối 41 2.6 HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC MỐI HÀN 44 2.6.1 Ảnh hưởng chế độ hàn 44 2.6.2 Ảnh hưởng yếu tố công nghệ 47 2.6.3 Ảnh hưởng yếu tố kết cấu 51 CHƯƠNG CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA ROBOT 53 3.1 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA ROBOT HÀN TỰ HÀNH 53 3.1.1 Dạng 1: Robot hàn tự hành dùng để hàn góc khơng có phận tạo quỹ đạo công nghệ hàn 53 3.1.2 Dạng 2: Robot hàn tự hành dùng để hàn phẳng hay hàn góc 53 3.1.3 Dạng thứ 3: Robot hàn tự hành dùng để hàn phẳng hay hàn góc có ray dẫn hướng 54 3.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ KHƠNG GIAN CHO ROBOT 55 3.2.1 Phương án 55 3.2.2 Phương án 56 3.2.3 Phương án 57 3.2.4 Phương án 58 3.2.5 Phương án 58 3.2.6 Lựa chọn phương án phù hợp 59 3.3 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA ROBOT 60 3.3.1 Module ray dẫn hướng 61 3.3.2 Thân robot `63 3.3.3 Module trượt gắn cảm biến dò đường hàn 64 3.3.4 Module trượt gắn đầu hàn 75 3.4 QUỸ ĐẠO CÔNG NGHỆ HÀN 79 3.4.1 Các dạng quỹ đạo công nghệ hàn 79 vii 3.4.2 Các phương pháp tạo quỹ đạo chuyển động công nghệ hàn 80 3.4.3 Giải pháp tạo quỹ đạo công nghệ hàn cho robot 82 CHƯƠNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐẦU HÀN 82 4.1 PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG PHÁP NHẬN BIẾT ĐƯỜNG HÀN Ở CÁC ĐỀ TÀI TRƯỚC 85 4.1.1 Nhận biết phương pháp dò theo vách đứng hàn góc: 85 4.1.2 Tạo vết dẫn đường để điều khiển đường robot theo đường hàn: 86 4.1.3 Lấy mẫu điểm đường hàn với cơng cụ lập trình Teach Pendant: 87 4.1.4 Nhận biết điểm mép đường hàn dùng cảm biến quang: 89 4.2 PHƯƠNG PHÁP NHẬN BIẾT MÉP HÀN 90 4.2.1 Phân tích cấu tạo đường hàn 90 4.2.2 Các phương án nhận biết điểm mép đường hàn 92 4.3 CÁC PHƯƠNG ÁN NHẬN BIẾT ĐƯỜNG HÀN 95 4.3.1 Các phương án 95 4.3.2 Lựa chọn phương án tối ưu 103 4.3 THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐẦU HÀN 104 CHƯƠNG BỘ ĐIỀU KHIỂN CỦA ROBOT 110 5.1 SƠ ĐỒ KHỐI ĐIỀU KHIỂN ROBOT 110 5.1.1 DC Motor 110 5.1.2 Mạch công suất H – Bridge 112 5.1.3 Bộ điều khiển PID tốc độ, vị trí cho DC motor 114 5.1.4 Cảm biến quang E3X-DA-S 120 5.1.6 Vi điều khiển ATmega128 123 5.2 MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ROBOT 124 CHƯƠNG THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 128 6.1 THỬ NGHIỆM 128 6.2 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 131 viii CHƯƠNG KẾT LUẬN 132 7.1 TÓM TẮT 132 7.2 NHỮNG CÔNG VIỆC ĐÃ THỰC HIỆN ĐƯỢC 132 7.3 NHỮNG HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 132 PHỤ LỤC 134 TÀI LIỆU THAM KHẢO 157 ix DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 Các phương pháp hàn Hình 1.2 Robot hàn điểm nhà máy sản xuất xe Hình 1.3 Hệ thống robot hàn đường hãng FANUC Hình 1.4 Tay máy bậc tự Hình 1.5 Đầu hàn MIG/MAG có ly hợp chống va đập Hình 1.6 Robot hàn với ray trượt nằm ngang Hình 1.7 Robot hàn với ray trượt trần vách Hình 1.8 Robot hàn ray trượt đứng ray trượt cong hãng Bug-O Hình 1.9 Robot hàn tự hành hoàn toàn tự động Hình 1.10 Robot hàn hãng ABB Hình 1.11 Robot hàn tự hành hãng Ishimatsu Hình 1.12 Robot hàn cắt tự hành hãng Bug-O Hình 1.13 Các đơn vị hệ thống hàn đa cảm biến 10 Hình 1.14 Cấu hình điều khiển nhúng cho robot hàn di động 'RRX3' 11 Hình 1.15 Sơ đồ khối hệ thống 11 Hình 1.16 Cảm biến thị giác 12 Hình 1.17 Cấu trúc robot hàn ống đề tài 13 Hình 1.18 Đường hàn hình chữ nhật (RWL) 14 Hình 1.19 Mơ hình ngun lý Robot 14 Hình 1.20 Mơ hình thực tế robot 15 Hình 1.21 Mơ hình ngun lý robot hàn di động dùng để hàn góc 16 Hình 1.22 Mơ hình thực tế robot hàn di động dùng để hàn góc 17 Hình 1.23 Robot gỡ xỉ hàn đề tài 17 Hình 1.24 Hình ảnh robot đề tài 19 Hình 1.25 Sơ đồ cấu trúc robot hàn 20 Hình 1.26 Nguyên lý hoạt động robot 21 x Hình 1.27 Mối tương quan quỹ đạo lấy mẫu quỹ đạo cơng nghệ 22 Hình 1.28 Robot han Panasonic AW 7000 22 Hình 1.29 Robot hàn Almega AX-V6 23 Hình 1.30 Sản phẩm robot hàn mặt phẳng ngang đề tài luận văn hàn thử nghiệm sàn tôn 24 Hình 1.31 Hình ảnh Robot đề tài 25 Hình 1.32 Giới hạn đường cong hàn đề tài 26 Hình 2.1 Mối nối hàn 27 Hình 2.2 Bể hàn 28 Hình 2.3 Hình dạng kích thước bể hàn 28 Hình 2.4 Tác dụng lực từ trường ép lên que hàn 29 Hình 2.5 Tổ chức kim loại mối hàn 30 Hình 2.6 Nguyên lý trình hàn hồ quang lớp thuốc 31 Hình 2.7 Các khả chuyển động đầu hàn tự động xe tự hành 33 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý xe hàn vạn 34 Hình 2.9 Thiết bị hàn tự động lớp thuốc 35 Hình 2.10 Bột sắt phoi thép 38 Hình 2.11 Cắt vát đầu dây hàn 39 Hình 2.12 Hàn lót để hàn SAW 40 Hình 2.13 (A) Hàn giáp mối rãnh V, (B) hàn giáp mối vng 40 Hình 2.14 Lót thuốc hàn 40 Hình 2.15 Lót gốm 41 Hình 2.16 Tấm lót thép để hàn giáp mối mỏng 42 Hình 2.17 Hàn hai phía dày 19 ÷ 25.4mm 42 Hình 2.18 Hàn hai phía dày 32 ÷ 38 mm 43 Hình 2.19 Các kích thước đặc trưng mối hàn 44 Hình 2.20 Sự thay đổi hình dạng mối hàn theo cường độ dịng điện hàn 45 Hình 2.21 Sự thay đổi hình dạng mối hàn mức tiêu thụ thuốc hàn theo điện áp hàn 46 xi Phụ lục GVHD: TS LÊ CHÍ CƯƠNG // Bug fixed: Enable TRAJ complete Interrupt wr_data(0x00); wr_data(116)&0x0000ffff); VELHI=(word)((VEL_VAL>>16)&0x0000ffff); VELLO=(word)(VEL_VAL&0x0000ffff); POSHI=(word)((POS_VAL>>16)&0x0000ffff); POSLO=(word)(POS_VAL&0x0000ffff); chk_bsy(); wr_cmd(LTRJ); chk_bsy(); wr_data(0x00); //wr_data(0x15); wr_data(0x3F); chk_bsy(); wr_data((ACCHI>>8)&0x00ff); wr_data(ACCHI&0x00ff); chk_bsy(); wr_data((ACCLO>>8)&0x00ff); wr_data(ACCLO&0x00ff); chk_bsy(); wr_data((VELHI>>8)&0x00ff); wr_data(VELHI&0x00ff); chk_bsy(); wr_data((VELLO>>8)&0x00ff); wr_data(VELLO&0x00ff); HVTH: PHẠM MẠNH TRƯỜNG Trang 147 Phụ lục GVHD: TS LÊ CHÍ CƯƠNG chk_bsy(); wr_data((POSHI>>8)&0x00ff); wr_data(POSHI&0x00ff); chk_bsy(); wr_data((POSLO>>8)&0x00ff); wr_data(POSLO&0x00ff); } /* nap vi tri tuyet doi*/ void abs_pos_load(float POS,word VEL, word ACC) { switch (ID) { case 0: POS_VAL=NLINE1*4.0*POS; //Number pulses VEL_VAL=NLINE1*4.0*SMP_TIME*1.0E-6*VEL*(1.0/60.0)*65536.0; ACC_VAL=NLINE1*4.0*SMP_TIME*SMP_TIME*1.0E-12*ACC*65536.0; break; case 1: POS_VAL=NLINE2*4.0*POS; //Number pulses VEL_VAL=NLINE2*4.0*SMP_TIME*1.0E-6*VEL*(1.0/60.0)*65536.0; ACC_VAL=NLINE2*4.0*SMP_TIME*SMP_TIME*1.0E-12*ACC*65536.0; break; case 2: POS_VAL=NLINE3*4.0*POS; //Number pulses VEL_VAL=NLINE3*4.0*SMP_TIME*1.0E-6*VEL*(1.0/60.0)*65536.0; ACC_VAL=NLINE3*4.0*SMP_TIME*SMP_TIME*1.0E-12*ACC*65536.0; break; } ACCLO=(word)(ACC_VAL&0x0000ffff); ACCHI=(word)((ACC_VAL>>16)&0x0000ffff); VELHI=(word)((VEL_VAL>>16)&0x0000ffff); VELLO=(word)(VEL_VAL&0x0000ffff); POSHI=(word)((POS_VAL>>16)&0x0000ffff); POSLO=(word)(POS_VAL&0x0000ffff); chk_bsy(); wr_cmd(LTRJ); chk_bsy(); wr_data(0x00); wr_data(0x2A); chk_bsy(); wr_data((ACCHI>>8)&0x00ff); wr_data(ACCHI&0x00ff); chk_bsy(); wr_data((ACCLO>>8)&0x00ff); wr_data(ACCLO&0x00ff); chk_bsy(); wr_data((VELHI>>8)&0x00ff); wr_data(VELHI&0x00ff); chk_bsy(); wr_data((VELLO>>8)&0x00ff); wr_data(VELLO&0x00ff); chk_bsy(); wr_data((POSHI>>8)&0x00ff); wr_data(POSHI&0x00ff); chk_bsy(); wr_data((POSLO>>8)&0x00ff); wr_data(POSLO&0x00ff); } HVTH: PHẠM MẠNH TRƯỜNG Trang 148 Phụ lục /* nap chi vi tri tuyet doi*/ void abs_onlypos_load(float POS) { switch (ID) { case 0: POS_VAL=NLINE1*4.0*POS; break; case 1: POS_VAL=NLINE2*4.0*POS; break; case 2: POS_VAL=NLINE3*4.0*POS; break; } GVHD: TS LÊ CHÍ CƯƠNG //Number pulses //Number pulses //Number pulses POSHI=(word)((POS_VAL>>16)&0x0000ffff); POSLO=(word)(POS_VAL&0x0000ffff); chk_bsy(); wr_cmd(LTRJ); chk_bsy(); wr_data(0x00); wr_data(0x02); chk_bsy(); wr_data((POSHI>>8)&0x00ff); wr_data(POSHI&0x00ff); chk_bsy(); wr_data((POSLO>>8)&0x00ff); wr_data(POSLO&0x00ff); } //**************************************************************** //doc vi tri thuc float read_real_position(void) { float tamtam; long adad; chk_bsy(); wr_cmd(RDRP); //read real position chk_bsy(); adad=(long)rd_data()