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 vị trí hành trình robot cấp phôi tự động , 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 ®éng robot c«ng nghƯp - KÕt cÊu cđa hƯ thèng 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 vítme-đai ốc để điều khiển vị trí hành trình Vì ®Ị tµi réng vµ vèn kiÕn thøc, thêi gian cã hạn, kết quả, nhận định mà chúng em đà tìm hiểu đa chắn sÏ cã nhiỊu thiÕu sãt Chóng em thµnh thËt 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 ®iỊu kiƯn cho chóng em hoµn thµnh ®Ị tµi tèt nghiệp 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 mỹ công ty AMF (Americal Machine and Foundry Company) quảng cáo mô thiết bị mang dáng dấp có số chức nh tay ngời đợc điều khiển tự động thực số 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 Đồ án tốt nghiệp - Anh ngời ta bắt đầu nghiên cứu chế tạo IR theo quyền mỹ từ năm 1967 - nớc tây âu khác 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 ®ã cã 80 c«ng ty cđa NhËt, 90 c«ng ty tây âu, 30 công ty Mỹ số công ty Nga, Tiệp Đồ án tốt nghiệp 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 hƯ sau: ThÕ hƯ 1: ThÕ hƯ cã kiĨu ®iỊu khiển theo chu kỳ dạng chơng trình cứng khả nhận biết thông tin Thế hệ 2: Thế hệ có điều khiển theo chu kỳ dạng chơng trình mềm bớc đầu đà có khả nhận biết thông tin ThÕ hƯ 3: ThÕ hƯ cã kiỊu ®iỊu khiĨn 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 ( khíp quay, khíp tÞnh tiÕn, khíp vÝt) - 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, ncác 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 động cấu trúc đem theo bàn kẹp với 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 Đồ án tốt nghiệp 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) 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 hẹ So, điểm M khâu đợc xác định ba chuyển động quay( tức ba toạ độ góc), cấu trúc đợc gọi cấu trúc sinh học 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 Đối với tay máy công nghiệp đà có 250 loại, số có 40% loại tay máy có điều khiển đơn giản thuộc hệ thứ Sự xuất IR gia tăng vai trò chúng sản xuất xà hội loài ngêi lµm xt hiƯn mét nghµnh khoa häc míi lµ 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? cha có định nghĩa xác Robot, hai năm lần ngời ta lại tổ chức 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 Ngời vận hành Thiết bị liên hệ với ngời vận hành Hệ thống điều khiển Hệ thống truyền độngHệ thống chịu lực Hệ thống biến tín hiệu Môi trờng bên Hình 1-1 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 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 Đồ án tốt nghiệp Với cấu trúc chức nh trên, Robot phần mang tính ngời phần máy trạng thái vật lý cấu trúc Với IR tính chất ngời máycũng đợc thể đầy đủ nh trên, 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: ®éng c¬ thủ, khÝ nÐn, c¬ cÊu servo ®iƯn tư, 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 án tốt nghiệp 1.4 ứng dụng Robot công nghiệp: 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 là: - Robot thực 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 đổi công việc, thÝch nghi nhanh víi viƯc thay ®ỉi mÉu m·, kÝch 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 Robãt chØ b»ng tiỊn chi phÝ cho ngêi thỵ 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 phí lơng bổng chiếm tỷ lệ cao giá thành sản phẩm - Việc ứng dụng Robot làm tăng suất dây truyền công nghệ Sở dĩ nh tăng nhịp độ khẩn trơng dây truyền sản xuất, không thay ngời Robot thợ theo kịp chóng mệt mỏi Theo tài liệu Fanuc-Nhật Bản xuất có tăng lần Đồ án tốt nghiệp Hình 1-3: ứng dụng robot công nghệ hàn - ứng dụng Robot cải thiện đợc điều kiện lao động Đó u điểm bật mà cần quan tâm Trong thực tế sản xuất có nhiều nơi ngời lao động phải lao động suốt buổi môi trờng bụi bặm, ẩm ớt, nóng nực, ồn mức cho phép nhiều lần Thậm trí nhiều nơi ngời lao động phải làm việc dới môi trờng độc hại, nguy hiểm đến sức khoẻ ngời, dễ xảy tai nạn, dễ bị nhiễm hoá chất độc hại, nhiễm sóng điện từ, phóng xạ 1.4.2 Các bớc ứng dụng Robot: Việc u tiên đầu t trớc hết để nhằm để đồng hoá hệ thống thiết bị, tự động hoá Robot hoá chúng cần thiết để định đầu t cho dây truyền công nghệ vài công đoạn Ngời ta thờng xem xét mặt sau: - Nghiên cứu trình công nghệ đợc Robot hoá phân tích toàn hệ thống rõ việc đầu t robot hoá cha nên - Xác định đối tợng cần Robot hoá: Khi xác định cần phải thay Robot nguyên công phải xem xét khả liệu Robot có thay đợc không có hiệu không Thông thờng ngời ta u tiên chỗ làm việc nặng nhọc, bụi bặm ồn ào, độc hại, căng thẳng đơn điệu Xu hớng thay hoàn toàn Robot thực tế không hiệu việc giữ lại số công đoạn mà đòi hỏi khéo léo ngời - Xây dựng mô hình trình sản xuất đà đợc Robot hoá: Sau đà xác định đợc mô hình tổng thể trình công nghệ, cần xác định rõ dòng chuyển dịch nguyên liệu dòng thành phẩm để đảm bảo nhịp nhàng đồng hệ thống Có phát huy đợc hiệu đầu t vốn - Chọn lựa mẫu robot thích hợp chế tạo robot chuyên dùng Đây bớc quan trọng robot có nhiều loại với giá tiền khác Nếu nh không chọn đầu t đắt mà không phát huy đợc hết khả năng, nh kiểu dùng ngời không chỗ Việc thờng xảy mua robot nớc ngoài, có chức robot đợc trang bị nhng không cần dùng Đồ án tốt nghiệp cho công việc cụ thể mà đảm nhiệm dây truyền sản xuất, mà đội giá lên cao, có lợi cho nơi cung cấp thiết bị Cấu trúc robot hợp lý cấu trúc theo modun hoá, nh hạ đợc giá thành sản xuất, đồng thời đáp ứng đợc nhu cầu phục vụ công việc đa dạng Cấu trúc đơn giản dễ thực với độ xác cao giá thành hạ Ngoài tự tạo dựng robot thích hợp với công việc sở mua lắp modun chuẩn hoá Đó hớng triển khai hợplý đại phận xí nghiệp nớc cung nh tơng lai 1.4.3 Các lÜnh vùc øng dơng robot c«ng nghiƯp - Mét lĩnh vực hay ứng dụng robot kỹ nghệ đúc Thờng phân xởng đúc công việc đa dạng, điều kiện làm việc nóng nực, bụi bặm, mặt hàng thay đổi chất lợng vật đúc phụ thuộc nhiều vào trình thao tác Việc tự động hoá toàn phần phần trình đúc dây truyền tự động thông thờng với máy tự động chuyên dùng đòi hỏi phải có thiết bị phức tạp, đầu t lớn Ngày náy nhiều nớc giới robot đợc dùng rộng rÃi để tự động hoá công nghệ đúc, nhng chủ yếu để phục vụ máy đúc áp lực Robot làm đợc nhiều việc nh rót kim loại nóng chảy vào khuôn, cắt mép thừa, làm vật đúc làm tăng bền vật đúc cách phun cát Dùng robot phục vụ máy đúc áp lực có nhiều u điểm: đảm bảo ổn định chế độ làm việc, chuẩn hoá thời gian thao tác, nhiệt độ điều kiện tháo vật đúc khỏi khuôn ép chất lợng vật đúc tăng lên Trong nghành gia công áp lực điều kiện làm việc nặng nề, dễ gây mệt mỏi phần xởng rèn dập nên đòi hỏi sớm áp dụng robot công nghiệp Trong phân xơng rèn, robót thực công việc: đa phôi thừa vào lò nung, lấy phôi đà nung khỏi lò, mang đến máy rèn, chuyển lại phôi sau rèn xếp lại vật đà rèn vào giá thùng Sử dụng loại robot đơn giản đa xuất lao động tăng lên 1,5-2 lần hoàn toàn giảm nhẹ lao động công nhân So với phơng tiện giới tự động khác phục vụ máy rèn dập dùng robot có u điểm nhanh hơn, xác động - Các trình hàn nhiệt luyện thờng bao gồm nhiều công việc nặng nhọc, độc hại nhiệt ®é cao Do vËy ë ®©y cịng nhanh chãng øng dơng robot c«ng nghiƯp Khi sư dơng robot viƯc hàn, đặc biệt hàn hồ quang với mối hàn chạy theo đờng cong không gian cần phải đảm bảo cho điều chỉnh đợc phơng khoảng cách điện cực so với mặt phẳng mối hán Nhiệm vơ ®ã 10