Tổng quan về hệ thống sản xuất fms cim

LỜI NĨI ĐẦU Cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước mục tiêu hàng đầu công xây dựng phát triển nước ta, "Đến năm 2020 đất nước ta phải trở thành nước công nghiệp" Robot thành phần chủ chốt tự động hóa cơng nghiệp Yếu tố định cho việc sử dụng robot sản xuất công nghiệp cách phổ biến tính linh hoạt vận hành, hoạt động tinh vi, nhanh chuẩn xác, có khả thay người làm việc mơi trường độc hại khơng an tồn Việc ứng dụng robot công nghiệp vào sản xuất thực cần thiết làm thay đổi cục diện nhà máy bắt kịp phát triển chung giới Trong năm trước kinh tế Việt Nam phát triển nhanh chóng nhờ vào nguồn nhân lực giá rẻ tài nguyên sẵn có Tuy nhiên gặp nhiều vấn đề khó khăn thiếu hụt lao động, lạm phát tăng, công nghệ sản xuất lạc hậu, nhập siêu cao… Việc ứng dụng robot rộng rãi nhà máy, công xưởng giới khơng phải hình ảnh người máy biết nghe biết nói người làm việc nhà cơng xưởng, hay hình ảnh người máy phim khoa học viễn tưởng, mà hình ảnh hàng trăm, nghìn cánh tay máy với sáu bậc tự vươn cánh tay người khổng lồ làm thay người Một hạn chế việc ứng dụng robot vào sản xuất cần kiến thức để sử dụng vận hành chi phí tốn việc bảo dưỡng sửa chữa Mặc dù Việt Nam có ưu nhân cơng rẻ, ưu điểm robot, có cường độ lao động, độ xác, tính chịu đựng lựa chọn tối ưu nhiều nhà máy công xưởng Việt Nam tương lai xa mà phải từ Vì Nghiên cứu khả ứng dụng robot -1- công nghiệp hệ sản xuất linh hoạt Nhằm nâng cao tính tự động hố sản xuất, ứng dụng trí tuệ nhân tạo Qua có nhìn khái quát hệ thống sản xuất linh hoạt, robot công nghiệp khả ứng dụng robot công nghiệp hệ thống sản xuất linh hoạt giới Việt Nam Luận văn bao gồm chương: Chương I, trình bày khái qt robot cơng nghiệp bao gồm: Lịch sử phát triển, định nghĩa robot, cách phân loại, cấu tạo, điều khiển, lập trình… Chương II, trình bày khái quát hệ thống sản xuất linh hoạt bao gồm: Lịch sử phát triển, khái niệm bản, nguyên tắc hình thành hệ thống FMS, hệ thống hệ thống FMS… Chương III, trình bày khả ứng dụng robot cơng nghiệp hệ thống sản xuất linh hoạt bao gồm: Các u cầu, đặc tính cơng nghệ, phương pháp lập trình cho robot công nghiệp hệ thống sản xuất linh hoạt Bên cạnh chúng tơi cịn trình bày vị trí, hệ thống, cơng việc mà robot cơng nghiệp sử dụng hệ thống sản xuất linh hoạt kinh nghiệm ứng dụng hệ thống sản xuất linh hoạt có sử dụng robot công nghiệp nước phát triển giới -2- CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP Khi nghiên cứu khả ứng dụng robot công nghiệp, không nghiên cứu lịch sử phát triển, định nghĩa robot, cách phân loại, cấu tạo, điều khiển, lập trình cho robot… Trong chương luận văn, trình bày khái quát robot cơng nghiệp nói chung Nhằm có nhìn tổng quan robot công nghiệp 1.1 Lịch sử phát triển Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robota” có nghĩa cơng việc tạp dịch kịch Rossum’s Universal Robots Karel Capek, vào năm 1921 Trong kịch, Rossum trai ông ta chế tạo máy gần giống với người để phục vụ người Đây gợi ý ban đầu cho nhà sáng chế kỹ thuật cấu, máy móc bắt chước hoạt động bắp người Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry Company) Mỹ quảng cáo loại máy tự động vạn gọi “Người máy công nghiệp” (Industrial Robot) Ngày nay, người ta đặt tên cho loại thiết bị có dáng dấp vài chức tay người điều khiển tự động để thực số thao tác sản xuất người máy công nghiệp (hay robot công nghiệp) Về mặt kỹ thuật, robot cơng nghiệp ngày nay, có nguồn gốc từ hai lĩnh vực kỹ thuật đời sớm cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) máy công cụ điều khiển số (NC - Numerically Controlled machine tool) Các cấu điều khiển từ xa (hay thiết bị kiểu chủ-tớ) phát triển mạnh chiến tranh giới lần thứ hai Vào khoảng năm 1949, máy công cụ điều khiển số đời, nhằm đáp ứng yêu cầu gia công chi tiết ngành chế tạo máy bay Những robot thực chất nối kết khâu khí cấu điều khiển từ xa với khả lập trình máy cơng cụ điều khiển số -3- Dưới điểm qua số thời điểm lịch sử phát triển người máy công nghiệp Một robot công nghiệp chế tạo robot Versatran công ty AMF, Mỹ Cũng vào khoảng thời gian nầy Mỹ xuất loại robot Unimate -1900 dùng kỹ nghệ ôtô Tiếp theo Mỹ, nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp: Anh 1967, Thuỵ Điển Nhật -1968 theo quyền Mỹ; CHLB Đức -1971; Pháp 1972; ý - 1973 Tính làm việc robot ngày nâng cao, khả nhận biết xử lý Năm 1967 trường Đại học tổng hợp Stanford (Mỹ) chế tạo mẫu robot hoạt động theo mơ hình “mắt-tay”, có khả nhận biết định hướng ban kẹp theo vị trí vật kẹp nhờ cảm biến Năm 1974 Công ty Cincinnati (Mỹ) đưa loại robot điều khiển máy vi tính, gọi robot T3 (The Tomorrow Tool: Công cụ tương lai) Robot nâng vật có khối lượng đến 40 kg Có thể nói, Robot tổ hợp khả hoạt động linh hoạt cấu điều khiển từ xa với mức độ “tri thức” ngày phong phú hệ thống điều khiển theo chương trình số kỹ thuật chế tạo cảm biến, cơng nghệ lập trình phát triển trí khơn nhân tạo, hệ chun gia Về sau, việc nâng cao tính hoạt động robot không ngừng phát triển Các robot trang bị thêm loại cảm biến khác để nhận biết môi trường xung quanh, với thành tựu to lớn lĩnh vực Tin học - Điện tử tạo hệ robot với nhiều tính đăc biệt Số lượng robot ngày gia tăng, giá thành ngày giảm Nhờ vậy, robot cơng nghiệp có vị trí quan trọng dây chuyền sản xuất đại Mỹ nước phát minh robot, nước phát triển cao lĩnh vực nghiên cứu chế tạo sử dụng robot lại Nhật 1.2 Định nghĩa robot cơng nghiệp Hiện có nhiều định nghĩa Robot, có số định nghĩa sau: Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp) -4- Robot công nghiệp cấu chuyển động tự động lập trình, lặp lại chương trình, tổng hợp chương trình đặt trục toạ độ, có khả định vị, định hướng, di chuyển đối tượng vật chất: Chi tiết, dao cụ, gá lắp… theo hành trình thay đổi chương trình hố nhằm thực nhiệm vụ cơng nghệ khác Định nghĩa theo RIA (Robot institute of America) Robot tay máy vạn lặp lại chương trình thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ thiết bị chun dùng thơng qua chương trình chuyển động thay đổi để hoàn thành nhiệm vụ khác Định nghĩa theo ΓOCT 25686-85 (Nga) Robot công nghiệp máy tự động, đặt cố định di động, liên kết tay máy hệ thống điều khiển theo chương trình, lập trình lại để hồn thành chức điều khiển trình sản xuất Từ định nghĩa đây, đưa định nghĩa robot công nghiệp sau: “Robot công nghiệp cấu máy lập trình được, có khả làm việc cách tự động không cần trợ giúp người Bên cạnh tay máy hợp tác với nhau” 1.3 Sơ đồ cấu trúc chức Robot Để hiểu robot trước hết quan sát sơ đồ cấu trúc chức robot hình I.1 Trong sơ đồ trên, đường (đậm) mối quan hệ thông tin thuận, thông tin huy nhiệm vụ Robot Các đường (mảnh) mối liên hệ thông tin ngược, thơng tin phản hồi q trình làm việc Robot Chức phận giao tiếp liên lạc với người vận hành thực q trình “dạy học” cho Robot, nhờ Robot biết nhiệm vụ phải thực Chức hệ thống điều khiển thực việc tái lại hành động nhiệm vụ “học” Bộ phận chấp hành giúp cho Robot có đủ “sức” chịu tải trọng mà Robot phải chịu trình làm việc, phận bao gồm: -5- Hình I.1: Sơ đồ cấu trúc chức Robot Phần 1: Bộ phận chịu chuyển động, phần tạo khả chuyển động cho Robot Phần 2: Bộ phận chịu lực, phần chịu lực Robot Bộ cảm biến tín hiệu: Làm nhiệm vụ nhận biết, đo lường biến đổi thơng tin loại tín hiệu như: Các nội tín hiệu thân Robot (các tín hiệu vị trí, vận tốc, gia tốc, thành phần phận chấp hành), ngoại tín hiệu (các tín hiệu từ mơi trường bên ngồi có ảnh hưởng tới hoạt động Robot) Với cấu trúc chức trên, Robot phần mang tính “người” cịn phần máy trạng thái vật lý cấu trúc Với IR tính chất “người” “máy”cũng thể đầy đủ trên, trì hình thức mang dáng dấp tay “người” Tay máy cơng nghiệp thường có phận sau: - Hệ thống điều khiển: Thường loại đơn giản làm việc có chu kỳ vận hành theo nguyên lý hệ thống điều khiển hở kín -6- - Hệ thống chấp hành: Bao gồm nguồn động lực, hệ thống truyền động, hệ thống chịu lực như: Các động thuỷ, khí nén, cấu servo điện tử,động bước Mỗi chuyển động IR thường có động riêng chịu lực - Bàn kẹp: Là phận công tác cuối tay máy, nơi cầm nắm thiết bị công nghệ háy vật cần di chuyển 1.3.1 Cấu tạo Các robot công nghiệp ngày thường đặt đế gắn chặt với sàn Cơ thể gắn với để, tổ hợp cánh tay nối với thể, cuối cánh tay cổ tay Cổ tay gồm nhiều phần tử cho phép robot định vị đa dạng vị trí Quan hệ chuyển động phần tử khác thể như: Cổ tay, cánh tay thực qua chuỗi khớp nối Các chuyển động bao gồm chuyển động quay chuyển động tịnh tiến Về mặt khí, robot cấu tạo từ nối khớp Các nối ghép với khớp, cho phép robot có chuyển động đa dạng 1.3.2 Các chuyển động Robot Robot thiết kế để thực nhiệm vụ khác sản xuất Các công việc thực khả chuyển động thể, cánh tay, cổ tay Robot qua chuỗi chuyển động vị trí Cổ tay sử dụng cho Robot thực xác cơng việc Các chuyển động Robot chia làm hai chuyển động chuyển động cổ tay chuyển động toàn thể Các chuyển động riêng lẻ ghép nối gắn chặt với hai dạng chuyển động chúng giới hạn số bậc tự (deggrees of freedom) Các Robot thông thường có đến bậc tự Các chuyển động thực ghép nối lượng Với Robot có từ đến bậc tự do, thường có ghép nối với hoạt động cánh tay thể, từ đến khớp nối sử dụng cho hoạt động cổ tay Trong chuỗi chuyển động có liên hệ với Chuyển động đầu có liên hệ với chuyển động đầu vào -7- Các khớp nối sử dụng thiết kế robot cơng nghiệp điển hình khớp tịnh tiến khớp quay Cánh tay robot thiết kế cho phép robot chuyển động tự giới hạn kích thước Giới hạn chuyển động robot phụ thuộc vào hình dạng vật lý robot, kích thước phần tử (cánh tay, cổ tay), giới hạn chuyển động khớp nối 1.3.3 Hệ thống truyền động Có dạng hệ thống truyền động robot là:Truyền động thuỷ lực, truyền động điện, truyền động khí nén Trong truyền động điện truyền động thuỷ lực sử dụng phổ biến robot tính kinh tế đơn giản Truyền động khí nén thường sử dụng robot có số bậc tự nhỏ, yêu cầu độ tác động nhanh cao 1.3.4 Hệ thống nhận dạng Cảm biến sử dụng thiết bị ngoại vi robot, gồm loại đơn giản như: Công tắc hành trình hệ thống camera Cảm biến dùng phần tử tích hợp hệ thống phản hồi vị trí Có loại cảm biến thông dụng: + Cảm biến va chạm: Là cảm biến với lực va chạm với vật khác + Cảm biến phạm vi gần: Là thiết bị cảm nhận vật gần + Cảm biến hỗn hợp: Gồm cảm biến nhiệt độ, áp suất, đại lượng vật lý khác + Camera sử dụng thực việc kiểm tra, quan sát 1.4 Phân loại Robot công nghiệp 1.4.1 Phân loại theo dạng hình học: 1.4.1.1 Dạng Đecac (hình I.2) Dạng Đecac sử dụng đường trượt vng góc khơng gian trục toạ độ x, y, z Robot chuyển động theo trục toạ độ Sử dụng khớp tịnh tiến, phạm vi làm việc Robot mở rộng theo hình chữ nhật -8- Hình I.2: Cấu hình Robot dạng Decac 1.4.1.2 Dạng hình trụ (hình I 3) Trục trụ dọc, robot chuyển động lên xuống dọc theo trục Bằng chuyển động quay quanh trục, tịnh tiến dọc trục phạm vi làm việc robot mở rộng theo hình trụ bao quanh trục Hình I.3: Cấu hình Robot dạng hình trụ 1.4.1.3 Dạng hình cầu (hình I.4) Sử dụng khớp lồng vào nhau, giúp cho Robot có khả chuyển động lên xuống theo chiều ngang trục quay Dạng đa khớp nối cho phép Robot mở rộng khoảng không gian làm việc theo hình cầu -9- Hình I.4: Cấu hình Robot dạng hình cầu 1.4.1.4 Dạng khớp nối (hình I.5) Tương tự cánh tay người, gồm hai phần tử thẳng tương ứng với cánh tay cẳng tay Các phần tử ghép nối với hai khớp tương ứng với khớp bả vai khớp khuỷu tay Cổ tay nối với cẳng tay Hình I.5: Cấu hình Robot dạng khớp nối 1.4.1.5 Robot kiểu SCARA (hình I.6) Robot SCARA đời vào năm 1979 trường đại học Yamanashi (Nhật Bản) kiểu robot nhằm đáp ứng đa dạng trình sản xuất Tên gọi SCARA viết tắt "Selective Compliant Articulated Robot Arm": Tay máy mềm dẻo tuỳ ý Loại robot thường dùng công việc lắp ráp nên SCARA đơi giải thích từ viết tắt "Selective Compliance Assembly Robot Arm" Ba khớp kiểu Robot có cấu hình R.R.T, trục khớp theo phương thẳng đứng - 10 -