Robot cong nghiep 59394

Lời nói đầu Vào đầu kỷ trớc, ý tởng Robot xuất hiện, thể ớc mơ cháy bang ngời sáng tạo ngời máy để thay công việc nặng nhọc, nhàm chán, nguy hiểm Vào khoảng năm 1940, mẫu robot đời phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge Argonnecuar mỹ, để vận chuyển hoạt chất phóng xạ Đến thập kỷ 80 giíi ®· cã 40 nghin robot thc 500 kiĨu, 200 hÃng tham gia sản xuất Ngày robot đợc sử dụng rộng rÃi sản xuất, nghiên cứu khoa học đời sống Đó thiết bị thiếu đợc hệ thống sản xuất, đặc biệt hệ thống sản xuất linh hoạt Robot ngày khéo léo thông minh, đợc coi sản phẩm điển hình ngành kĩ thuật mới: ngành điện tử (Mechatronics) Cho đến nay, hầu hết trờng đại học kĩ thuật Việt Nam đà đa môn Robot công nghiệp vào chơng trình khoá Môn học đợc giảng dạy chủ yếu cho ngành khí, song khía cạnh riêng kĩ thuật Robot, nh kĩ thuật điều khiển, lập trình, mô đợc ngành khác quan tâm Để góp phần vào việc tìm hiểu ứng dụng Robot công nghiệp vào sản xuất Trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp với đề tài chúng em đợc giao Tìm hiểu Robot công nghiệp Đây đề tài mới, cộng với thu nhận kiến thức hạn chế, nên trình thực đề tài hoàn thành đồ án, chúng em không tránh khỏi thiếu sót Vậy chúng em kính mong nhận đợc ý kiến phê bình hớng dẫn Thầy Cô Để chúng em hoàn thành đợc đồ án nhờ hớng dẫn tận tình thầy Nguyễn DoÃn ý với giúp đỡ thầy cô môn Vậy chúng em chân thành gửi lời cảm ơn tới Thầy Cô hớng dẫn thầy cô giáo hội đồng đà kí duyệt cho chúng em ý kiến Hà Nội, ngày tháng năm Chơng I KháI niệm chung Robot công nghiệp I Lịch sử phát triển: Do nhu cầu nâng cao suất chất lợng sản phẩm ngày đòi hỏi ứng dụng rộng rÃi phơng tiện tự động hoá sản xuất.Xu hớng tạo dây chuyền thiết bị tự động có tính linh hoạt cao hình thành Các thiết bị thay dần máy tự động cứng đáp ứng việc định lúc thị trờng luôn đòi hỏi thay đổi mặt hàng chủng loại, kích cỡ, tính v.vĐiều dẫn đến nhu cầu ứng Điều dẫn đến nhu cầu ứng dụng robot để tạo hệ thống sản xuất tự động linh hoạt 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 Anh ngời ta bắt đầu nghiên cứu chế tạo IR theo quyền Mỹ từ năm 1967 Từ năm1970 việc nghiên cứu nâng cao tính robot đà đợc ý nhiều bắt đầu xuất nớc Đức, ý, Pháp, Thụy Điển Châu có Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu ứng dụng IR từ năm 1968 Từ năm 80, vào năm 90, ¸p dơng réng r·i c¸c tiÕn bé kü tht vỊ vi sử lý công nghệ thông tin, số lợng robot công nghiệp đà gia tăng với nhiều tính vợt bậc Chính mà robot công nghiệp đà có vị trí quan trọng chuyền tự động sản xuất đại 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, TiệpĐiều dẫn đến nhu cầu ứng II KháI niệm Robot công nghiệp đợc hiểu thiết bị tự động linh hoạt, bắt chớc đợc chức lao động công nghiệp ngời Nói đến thiết bị tự động linh hoạt nhấn mạnh đến khả thao tác với nhiều bậc tự do, đợc điều khiển lập trình thay đổi đợc Còn nói đến bắt chớc chức lao động công nghiệp ngời nói đến không hạn chế từ chức lao động chân tay đơn giản đến trí khôn nhân tạo, tuỳ vào công việc lao động cần đến chức hay không Với đặc điểm lập trình lại đợc, robot công nghiệp thiết bị tự động hoá ngày trở thành phận thiếu đợc tế bào hệ thống sản xuất linh hoạt III Phân loại Ngày nay, robot công nghiệp đà phát triển phong phú đa dạng, phân loại chúng không đơn giản Có nhiều quan điểm khác quan điểm lại phục vụ mục đích riêng Dới hai cách phân loại 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: hệ có kiểu điều khiển theo chu kỳ dạng chơng trình mềm bớc đầu đà có khả nhận biết thông tin Thế hệ 3: hệ có kiểu điều khiển dạng tinh khôn, có khả nhận biết thông tin bớc đầu đà có số chức lý trí ngời 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 dùng khớp động loại khíp quay, khíp tÞnh tiÕn, khíp vÝt Trơc quay híng 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 nghÜa lµ chóng cã thĨ lµ khíp quay, cịng cã thể khớp tịnh tiến, khớp D, E, K khớp quay Các khâu đợc đánh số 0-giá cố định, tiếp đến khâu 1, 2, n - 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 tay ngời để bàn kẹp gồm có loại chuyển động, tơng ứng với chuyển động dạng cấu trúc 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 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 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 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 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 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 thc thÕ hƯ thø nhÊt Sù xt hiƯn cđa IR gia tăng vai trò chúng sản xt vµ x· héi loµi ngêi lµm xt hiƯn mét nghành khoa học nghành Robot học(Robotic) Trên giới nhiều nơi đà xất viện nghiên cứu riêng Robot Chơng II ứng dụng robot công nghiệp I Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp Nhằm góp phần nâng cao suất dây truyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lợng khả 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, thích nghi nhanh với việc thay đổi 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 Robot 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 có nhiều doanh nghiệp, khoản chi phí lơng bổng chiếm tỷ lệ cao giá thành sản phẩm Hình2 -1: ứng vụ máy công dơng robot phơc ViƯc øng dơng Robot cã thĨ 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 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 Hình - 2: ứng dụng robot công nghệ hàn II 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 Việc thờng xảy mua robot nớc ngoài, có chức robot đợc trang bị nhng không cần dùng 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 hợp lý ®èi víi ®¹i bé phËn xÝ nghiƯp níc hiƯn cung nh tơng lai III lĩnh vực ứng dụng robot công nghiệp - Một 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 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 phân xởng rèn dập nên đòi hỏi sớm áp dụng robot công nghiệp Trong phân xởng rèn, robot 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 hàn Nhiệm vụ cần đợc xem xét tổng hợp chuyển động bàn kẹp xây dựng hệ thống điều khiển có liên hệ phản hồi Kinh nghiệm cho thấy r»ng cã thĨ thùc hiƯn tèt c«ng viƯc nÕu th«ng số chuyển động đầu điện cực chế độ hàn đợc điều khiển chơng trình thống nhất, đồng thời đợc trang bị phận cảm biến, kiểm tra điều chỉnh Ngoài robot hàn phát huy tác dụng lớn hàn môi trờng đặc biệt Hình - 3: ứng dụng robot trình nhiệt luyện - Robot đợc dùng rộng rÃi gia công lắp ráp Thêng thêng ngêi ta sư dơng robot chđ u vµo việc tháo lắp phôi sản phẩm cho máy gia công bánh răng, máy khoan, máy tiện bán tự động Trong nghành chế tạo máy dụng cụ đo chi phí lắp ráp thờng chiếm đến 40% giá thành sản phẩm Trong mức độ khí hoá lắp ráp không 10-15% sản phẩm hàng loạt 40% sản xuất hàng loạt lớn Bởi vậy, việc tạo sử dụng robot lắp ráp có ý nghĩa quan trọng Phân tích trình lắp ráp thấy ngời gá đặt chi tiết để lắp chúng với làm nhanh thiết bị tự động Nhng thực động tác khác trình ghép chặt chúng chậm Bởi yếu tố thời gian độ xác định vị vấn đề quan cần quan tâm thiết kế loại robot lắp ráp Ngoài yêu cầu loại robot lắp ráp nâng cao tính linh hoạt để đáp ứng nhiều loại công việc, hạ giá thành dễ thích hợp với việc sản xuất loạt nhỏ Ngày đà xuất nhiều loại dây chuyền tự động gồm máy vạn với robot công nghiệp Các dây truyền đạt mức độ tự động cao, tự động hoàn toàn, ngời trực tiếp tham gia, linh hoạt không đòi hỏi đầu t lớn nhà máy robot dây truyền đợc điều khiển hệ thống chơng trình Trong dây truyền tự động có máy điều khiển theo chơng trình robot đứng chỗ điều chỉnh đờng ray theo di động Kỹ thuật robot có u điểm quan trọng tạo nên khả linh hoạt hoá sản xuất Việc sử dụng máy tính điện tử, robot máy điều khiển theo chơng trình đà cho phép tìm đợc phơng thức mẻ để tạo nên dây truyền tự động cho sản xuất hàng loạt với nhiều mẫu mÃ, sản phẩm Dây truyền tự động cứng gồm nhiều thiết bị tự động chuyên dùng đòi hỏi vốn đầu t lớn, nhiều thời gian để thiết kế chế tạo lúc quy trình công việc luôn cải tiến, nhu cầu chất lợng quy cách sản phẩm luôn thay đổi Bởi nhu cầu mềm hóa linh hoạt hoá dây truyền sản xuất ngày tăng Kỹ thuật công nghiệp máy tính đà đóng vai trò quan trọng việc tạo dây truyền tự động linh hoạt Xuất phát từ nhu cầu khả linh hoạt hoá sản xuất, năm gần không nhà khoa học mà nhà sản xuất đà tập trung ý vào việc hình thành áp dụng hệ sản xuất tự động linh hoạt, gọi tắt hệ sản xuất linh hoạt Hệ sản xuất linh hoạt ngày thờng bao gồm thiết bị gia công đợc điều khiển chơng trình số, phơng tiện vận chuyển kho chứa phân xởng đà đợc tự động hoá nhóm robot công nghiệp vị trí trực tiếp với thiết bị gia công thực nguyên công phụ Việc điều khiển kiểm tra điều khiển toàn hệ sản xuất linh hoạt thích hợp với quy mô sản xuất nhỏ vừa, thích hợp với yêu cầu luôn thay đổi chất lợng sảm phẩm quy trình công nghệ Bởi vậy, ngày nay, hệ sản xuất linh hoạt thu hút ý nớc phát triển mà nớc phát triển Trong số tài liệu nớc hệ FMS (flexible Manufacturing System) đợc diễn giải nh hệ sản xuất tơng lai ( future Manufacturing System), trùng hợp từ viết tắt ngẫu nhiên Tỷ lệ phân bố loại công việc đợc dùng robot: Đúc áp lực 18,3% Hàn điểm 14,7% Hàn hồ quang 12,3% Cấp thoát phôi 9,6% Lắp ráp 9,5% Nghiên cứu, đào tạo 5,7% Phun phủ bề mặt 5,7% Nâng chuyển xếp 3,9% Các việc khác 30,3% Sự phân bố tỷ lệ loại robot với loại phơng pháp điều khiển khác nhau: