Sử dụng plc điều khiển hệ thông truyền động trong robot công nghiệp

Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu Cách mạng khoa học kỹ thuật giới phát triển với tốc độ nhanh, không ngừng vơn lên đỉnh cao mới, phải kể đến thành tựu kỹ thuật tự động hoá sản xuất nớc phát triển, ứng dụng robot đà trở nên phổ biến dây chuyền sản xuất, nên để có công nghiệp đại theo kịp với phát triển giới, việc tìm hiểu, nghiên cứu đa vào ứng dụng dây chuyền sản xuất, loại robot công nghiệp cần đợc đặt lên hàng đầu đặc biệt quan tâm Mục tiêu ứng dụng kỹ thuật Rôbốt công nghiệp nâng cao xuất dây truyền công nghệ, nâng cao chất lợng khả cạnh tranh sản phẩm, cải thiện điều kiện lao động Cho đến nay, hầu hết trờng đại học kỹ thuật Việt Nam đà đa môn kỹ thuật robot vào chơng trình khoá, với chơng trình đào tạo cho kỹ s ngành Công nghệ chế tạo máy trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội đà đa vào giảng dạy môn nh : Công nghệ CNC, Máy tự động Rôbôt công nghiệp ,Tự động hoá trính sản xuất Với đề tài Sử dụng PLC điều khiển hệ thông truyền động robot công nghiệp , đồ án đà giải đợc công việc sau: - Tìm hiểu trình phát triển ứng dụng robot công nghiệp - Nghiên cứu lý thuyết điều khiển tự động robot công nghệp Đồ án tốt nghiệp - Kết cấu hệ thống điều khiển rôbốt cấp phôi tự động - Phơng pháp lập trình PLC để điều khiển hệ thống chấp hành Rôbốt công nghiệp - Thiết kế mô hình điều khiển tự động dùng vítmeđai ốc để điều khiển vị trí hành trình Vì đề tài rộng vốn kiến thức, thời gian có hạn, kết quả, nhận định mà chúng em đà tìm hiểu đa chắn có nhiều thiếu sót Chúng em thành thật mong đợc thầy cô giáo môn bảo thêm để đề tài hoàn thiện hơn, ý nghĩa Chúng em bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo Nguyễn DoÃn ý thầy cô giáo môn đà bảo cặn kẽ tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành đề tài tốt nghiệp Hà Nội, tháng năm 2005 Đồ án tốt nghiệp Chơng Tổng quan Robot công nghiệp 1.1 Lịch sử phát triển: Thuật ngữ Robot xuất vào năm 1920 tác phẩm văn học nhà văn tiệp khắc có tên Karel Capek Thuật ngữ Inducstrial Robot (IR) xuất ë mü c«ng ty AMF (Americal Machine and Foundry Company) quảng cáo mô thiết bị mang dáng dấp có số chức nh tay ngời ®ỵc ®iỊu khiĨn tù ®éng thùc hiƯn mét sè thao tác để sản xuất thiết bị có tên gọi Versatran Quá trình phát triển IR đợc tóm tắt nh sau: - Từ năm 1950 mỹ xuất viện nghiên cứu - Vào đầu năm 1960 xuất sản phẩm có tên gọi Versatran công ty AMF - Anh ngời ta bắt đầu nghiên cứu chế tạo IR theo quyền mỹ từ năm 1967 Đồ ¸n tèt nghiƯp - ë c¸c níc t©y ©u kh¸c nh: Đức, ý, Pháp, Thuỵ Điển bắt đầu chế tạo IR từ năm 1970 - Châu có Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu ứng dụng IR từ năm 1968 Đến nay, giới có khoảng 200 công ty sản xuất IR số có 80 công ty Nhật, 90 công ty Tây âu, 30 công ty Mỹ số công ty Nga, Tiệp 1.2 Phân loại rôbốt công nghiệp 1.2.1 Theo chủng loại, mức độ điều khiển, nhận biết thông tin tay máy-ngời máy đà đợc sản xuất giới phân loại IR thành hệ sau: Thế hệ 1: Thế hệ có kiểu điều khiển theo chu kỳ dạng chơng trình cứng khả nhận biết thông tin Thế hƯ 2: ThÕ hƯ cã ®iỊu khiĨn theo chu kú dạng chơng trình mềm bớc đầu đà có khả nhËn biÕt th«ng tin ThÕ hƯ 3: ThÕ hƯ cã kiều điều khiển dạng tinh khôn, có khả nhận biết thông tin bớc đầu đà có số chức lý trí ngời 1.2.2 Phân loại tay máy theo cấu trúc sơ đồ động: Thông thờng cấu trúc chấp hành tay máy công nghiệp đợc mô hình hoá dạng chuỗi động với khâu khớp nh nguyên lý máy với giả thuyết sau: - Chỉ sử dụng khớp động loại ( khớp quay, khớp tịnh tiến, khớp vít) Đồ án tốt nghiệp - Trục quay hớng tịnh tiến khớp song song hay vuông góc với - Chuỗi động chuỗi động hở đơn giản: Ta ví dụ chuỗi động tay máy công nghiệp có bậc tự do, khớp A, B, F khớp tổng quát, có nghĩa chúng khớp quay, khớp tịnh tiến, khớp D, E, K khớp quay Các khâu đợc đánh số 0-giá cố định, tiếp đến khâu 1, 2, n-các khâu động, khâu tổng quát ký hiệu khâu i, (i= 1, 2, 3, n), khâu n cuối mang bàn kẹp tay máy Tơng tự nh bàn tay ngời để bàn kẹp gồm có loại chuyển động, tơng ứng với chuyển động dạng cấu trục máy nh sau: - Cấu trúc chuyển động toàn (chân ngời) cấu trúc thực chuyển động đem toàn tay máy (tay ngời) đến vị trí làm việc Cấu trúc đa dạng thông thờng tay máy hoạt động hệ thống mà chuyển động cần có kiểm soát Ngời ta thờng coi tay máy đứng yên, khâu gọi giá cố định tay máy - Cấu trúc xác định bàn kẹp bao gồm khớp A,B F khâu 1, 3, chuyển ®éng cđa cÊu tróc nµy ®em theo bµn kĐp víi vị trí làm việc Do giả thiết loại khớp động dùng chế tạo máy thông thờng ta có phối hợp sau khớp từ tạo nên cấu trúc xác định vị trí bàn kẹp không gian vị trí khác kẹp Phối hợp TTT nghĩa khớp khớp tịnh tiến khớp quay Đây cấu trúc hoạt động hệ toạ độ Đề Các so với toạ độ So điểm M nằm khâu khớp khớp tịnh tiến chuyển động quay ( tức hai toạ độ dài) Đồ án tốt nghiệp Phối hợp TRT, RTT, hay TTR nghĩa khớp tịnh tiến hai khớp quay( cấu trúc 2, 3, 4) Đây cấu trúc hoạt động hệ toạ độ trụ so với điểm M khâu đợc xác định chuyển động tịnh tiến chuyển động quay( tức hai toạ độ dài toạ độ gốc) Phối hợp RTR, RRT, TTR nghĩa hai khớp tịnh tiến hai khớp quay( cấu trúc 5, 6, 7, 8, 10) Đây cấu trúc hoạt động hệ toạ độ cầu so với hệ So, điểm M khâu đợc xác định chuyển động tịnh tiến hai chuyển động quay( tức toạ độ dài hai toạ độ gốc) Phối hợp RRR tức khớp quay( cấu trúc 11,12) cấu trúc hoạt toạ độ góc so với hệ So, điểm M khâu đợc xác định ba chuyển động quay( tức ba toạ độ góc), cấu trúc đợc gọi cấu trúc sinh học Hình 1-1: Một vài cấu trúc tay máy thờng gặp Tuy nhiên thực tế, tay máy chuyên dùng ta chuyên môn hoá đặc biệt đảm bảo giá thành giá đầu t vào tay máy thấp, ngời ta không thiết lúc phải chế tạo tay máy có đủ số ba khớp động cho cấu trúc xác định vị trí Đồ án tốt nghiệp Đối với tay máy công nghiệp đà có 250 loại, số có 40% loại tay máy có điều khiển đơn giản thuộc thÕ hƯ thø nhÊt Sù xt hiƯn cđa IR vµ gia tăng vai trò chúng sản xuất vµ x· héi loµi ngêi lµm xt hiƯn mét nghµnh khoa học nghành Robot học(Robotic) Trên giới nhiều nời đà xất viện nghiên cứu riêng Robot Việt Nam, từ năm thập kỷ 80 đà có viện nghiên cứu Robot 1.3 Sơ đồ cấu trúc chức Robot: Vậy Robot gì? Cho tới có nhiều định nghĩa Robot, năm ngời ta tổ chức nhiều hội nghị khoa học bàn Robot, nhằm thông tin thành tựu đà đạt đợc nghiên cứu chế tạo Robot đồng thời thống kê thuật ngữ Robotic, để hiểu đợc IR trớc hết quan sát sở đồ cấu trúc chức IR nh sau: Đồ án tốt nghiệp Người vận hành Thiết bị liên hệ với người vận hành Hệ thống điều khiển Hệ thống truyền động Hệ thống chịu lực Hệ thống biến tín hiệu Môi trường bên Hình 1-2 Sơ đồ cấu trúc chức Robot Trong sơ đồ trên, đờng chØ mèi quan hƯ th«ng tin thn, th«ng tin chØ huy nhiệm vụ Robot Các đờng mối liên hệ thông tin ngợc, thông tin phản hồi trình làm việc Robot Chức phận giao tiếp liên lạc với ngời vận hành thực trình dạy học cho Robot, nhờ Robot biết đợc nhiệm vụ phải thực Chức hệ thống điều khiển thực việc tái lại hành động nhiệm vụ đà đợc học Bộ phận chấp hành giúp cho Robot có đủ sức chịu đợc tải trọng mà Robot phải chịu trình làm việc, phận bao gồm: Phần 1: phận chịu chuyển động , phần tạo khả chuyển động cho Robot Phần 2: phận chịu lực, phần chịu lực Robot Đồ án tốt nghiệp Bộ cảm biến tín hiệu: làm nhiệm vụ nhận biết, đo lờng biến đổi thông tin loại tín hiệu nh : nội tín thân Robot, tín hiệu vị trí, vận tốc, gia tốc, thành phần phận chấp hành ngoại tín hiệu, tín hiệu từ môi trờng bên có ảnh hởng tới hoạt động Robot Với cấu trúc chức nh trên, Robot phần mang đặc tính ngời phần máy trạng thái vật lý cấu trúc Với IR tính chất đợc thể đầy đủ, IR trì hình thức mang dáng dấp tay ngời Tay máy công nghiệp thờng có phận sau: Hệ thống điều khiển: thờng loại đơn giản làm việc có chu kỳ vận hành theo nguyên lý hệ thống điều khiển hở kín Hệ thống chấp hành: bao gồm nguồn động lực, hệ thống truyền động, hệ thống chịu lực nh: động thuỷ, khí nén, cấu servo điện tử, động bớc Mỗi chuyển động IR thờng có động riêng chịu lực - Bàn kẹp: phận công tác cuối tay máy, nơi cầm nắm thiết bị công nghệ háy vật cần di chuyển Đồ ¸n tèt nghiƯp 1.4 øng dơng Robot c«ng nghiƯp: 1.4.1 Mục tiêu ứng dụng Robot công nghiệp: Nhằm góp phần nâng cao suất dây truyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lợng khẩ cạnh tranh sản phẩm, đồng thời cải thiện lao động Điều xuất phát từ u điểm Robot đà đợc đúc kết qua nhiều năm đợc ứng dụng nhiều nớc Những u điểm ®ã lµ: - Robot cã thĨ thùc hiƯn mét quy trình thao tác hợp lý, ngời thợ lành nghề cách ổn định suốt thời gian làm việc Vì Robot nâng cao chất lợng khẳ cạnh tranh sản phẩm Hơn Robot nhanh chóng thay ®ỉi c«ng viƯc, thÝch nghi nhanh víi viƯc thay ®ỉi mẫu mÃ, kích cỡ sảm phẩm theo yêu cầu thị trờng cạnh tranh - Có khả giảm giá thành sản phẩm ứng dụng Robot giảm đợc đáng kể chi phí cho ngời lao động nớc có mức cao tiền lơng ngời lao động, cộng khoản phụ cấp bảo hiểm xà hội Theo số liệu Nhật Bản Robot làm việc thay cho ngời thợ tiền mua Robót tiền chi phí cho ngời thợ vòng 3-5 năm, tuỳ theo Robot làm việc ngày ca Còn Mỹ, trung bình làm việc Robot đem lại tiền lời 13 USD nớc ta năm gần đay có nhiều doanh nghiệp, khoản chi 10