Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm robot bốc xếp hàng lên pallet

CÔNG TY TNHH Chế tạo Máy A.K.B ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thử nghiệm Robot bốc xếp hàng lên pallet Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Hồng Phúc Đơn vị Chủ trì: Cơng ty TNHH Chế tạo máy A.K.B Đơn vị Quản lý: Sở Khoa học Công nghệ TP HCM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 04/2016 Tóm tắt Đề tài thực nội dung nghiên cứu thiết kế AKB Pallettizer Robot để ứng dụng bốc xếp thùng, bao từ băng tải lối dây chuyền sản xuất lên pallet Điểm bật robot bậc tự thiết kế sử dụng cấu lai chứa cấu song song cho phép giảm áp lực lên ổ trục tăng độ bền, tiết kiệm lượng tiêu tốn làm việc với tải nặng suất độ xác cao AKB Palletizer Robot có tính kỹ thuật sau: Cơ cấu: Robot khớp (Articulated Robot); Kiểu hoạt động: Trụ quay; Tải trọng (tính tay nâng): 90 kg; Năng suất: 400 chu trình/h; Độ xác: nhỏ mm xếp thùng pallet; Số bậc tự do: trục; Vùng hoạt động: Trục Z (đứng): 2300 mm; Trục R (dài):1500 mm; Trục T (thân): Quay 3300;Trục A (cổ tay): Quay 3300 ; Tay bốc xếp: Kẹp; Kỹ thuật huấn luyện: Teaching Playback, Teachingless (Option); Công suất (200/220V 3ph 50/60 Hz):1.9 KVA; Kích thước thùng hàng : D335 x R500 x C160 mm ; Kích thước pallet: D1200 x R1000 x C140 mm; Phần mềm điều khiển robot công nghiệp AKB Palletizer đươc chế tạo có mức nội địa háo cao, giá thành thấp đưa vào sản xuất Cơng ty Hố Nơng Hợp Trí Abstract The AKB Pallettizer Robot is designed to transport produced box onto pallet The outstanding feature of AKB Palletizer Robot is the use of a hybrid mechanism that reduces forces on the robot axle-bearing, saves energy when operating at higher palletizing capacity, the heavy load and the high accuracy AKB Palletizer Robot main features: Type of motion: Multi-Articulated; Action Mode: Cylindrical; Load Capacity (including End effector): 90 kg; Palletizing capacity: 400 cycles/h; Repeability: ±0.5 mm; Degree of Freedom: 4; Operating area: Z axis (vertical): 2300 mm; R axis (longitudinal): 1500 mm; Theta axis (rotation): 3300; Alpha axis (wrist): 3300; End effector; Teaching method: Teaching Playback, Teachingless (Option); Power consumption (200/220V 3ph 50/60 Hz):1.9 KVA; Box size: L335 x W500 x H160 mm ; Pallet size: L1200 x W1000 x H140 mm; Software packets AKB Palletizer Robot is used in a production line in Hop Tri Factury MỤC LỤC Trang A Báo cáo tổng hợp B Báo cáo tổng kết 19 Phần Mở đầu 19 Phần I Thiết kế khí AKB Palletizer Robot 1.1 22 Khảo sát, phân tích, đề xuất cấu hình robot bốc xếp hàng lên pallet 22 Khảo sát cấu khí có robot bốc xếp hàng lên pallet 22 1.1.1 Các cấu khí robot bốc xếp 22 1.1.2 Khảo sát robot bốc xếp Fuji EC-61 26 1.1.3 Khảo sát cấu đầu cuối robot bốc xếp 28 Khảo sát số dây chuyền sản xuất đề xây dựng tiêu, không gian làm việc cho robot bốc xếp hàng lên pallet 28 1.2.1 Khảo sát số dây chuyền sản xuất nước cho sản phẩm đóng bao, thùng 28 1.2.2 Xây dựng tiêu không gian làm việc cho robot bốc xếp bao, thùng lên pallet 32 1.3 Phân tích, lựa chọn cấu hợp lý cho robot bốc xếp thiết kế, chế tạo Việt Nam 33 1.4 Đề xuất cấu hình robot bốc xếp bao – thùng lên pallet 34 Nhận xét Kết luận 36 Nghiên cứu mơ hình phần khí cho robot bốc xếp hàng lên pallet 37 2.1 Xây dựng giải toán động học cho robot bốc xếp hàng lên pallet 37 1.2 2.1.1 Phân tích hình học cấu song song palletizer robot 30 2.1.2 Thiết lập phương trình động học cho palletizer robot 40 2.1.3 Chọn thơng số cho phương trình động học cho palletizer robot 42 2.1.4 Phương trình động học thuận cho palletizer robot 43 2.1.5 Phương trình động học ngược cho palletizer robot 43 2.1.6 Giới hạn kiểm tra không gian hoạt động 44 2.2 Xây dựng giải toán động lực học cho robot bốc xếp lên pallet 45 2.3 Nghiên cứu toán cân học cho robot bốc xếp lên pallet 60 Nhận xét Kết luận 63 Nghiên cứu thiết kế chi tiết khí cho robot bốc xếp hàng lên pallet 64 3.1 Thiết kế tổng thể robot bốc xếp - AKB Palletizer Robot 65 3.2 Thiết kế chân đế, mâm quay AKB Palletizer Robot 67 3.3 Thiết kế cánh tay AKB Palletizer Robot - khâu vai 68 3.4 Thiết kế cánh tay AKB Palletizer Robot 70 3.5 Thiết kế cấu quay đầu cuối AKB Palletizer Robot 71 3.6 Thiết kế cấu liên động trục R Z AKB Palletizer Robot 72 3.7 Thiết kế cấu dẫn động cho bậc tự 73 3.8 Thiết kế bố trí cảm biến, encoder 76 3.9 Tính tốn cơng suất động dẫn động, lựa chọn động 77 3.10 Thiết kế đầu kẹp thùng cho AKB Palletizer Robot 81 3.11 Thiết kế cấu khí nén thuỷ lực 83 3.12 Thiết kế băng tải thùng, sàn lắp đặt AKB Palletizer Robot 84 3.13 Thiết kế điều khiển vận hành để kiểm tra phần khí AKB Palletizer Robot 90 Nhận xét Kết luận 93 Chế tạo phần khí điện cho robot 94 4.1 Chế tạo bệ đỡ cho AKB Palletizer Robot 94 4.2 Chế tạo chân đế, mâm quay cho AKB Palletizer Robot 96 4.3 Chế tạo cánh tay robot khớp (1a/ trục R; 1b/ trục Z; khớp 2) 97 4.4 Chế tạo cấu quay đầu cuối AKB Palletizer Robot 98 4.5 Chế tạo kết nối liên động trục R & Z 99 4.6 Chế tạo cấu dẫn động cho bậc tự 100 4.7 Chế tạo gá cho cảm biến, encoder, chi tiết phụ trợ, khí nén, thuỷ lực 102 4.8 Chế tạo loại đầu kẹp thùng cho AKB Palletizer Robot 103 4.9 Chế tạo khí băng tải thùng 104 4.10 Chế tạo điều khiển kiểm tra dẫn động 105 Nhận xét Kết luận 105 Tích hợp phần khí hệ thống 106 5.1 Tích hợp hệ thống khí hệ thống dẫn động hình thành AKB Palletizer Robot 106 5.2 Kiểm tra hoạt động đánh giá phần khí 115 Nhận xét Kết luận 115 Báo cáo giám định giai đoạn I Phần II Thiết kế hệ điều khiển AKB Palletizer Robot 116 Nghiên cứu điều khiển AC servo với giải pháp đảm bảo độ xác, công suất tiêu thụ 116 7.1 Động AC servo cho robot 117 7.2 Cấu hình điều khiển động AC servo 120 7.2.1 Xây dựng cấu hình driver điều khiển động AC servo 120 7.2.2 Encoder cho điều khiển động AC servo 123 7.3 Thiết kế chế tạo thử nghiệm điều khiển động AC servo 125 7.3.1 Sơ đồ khối 125 7.3.2 Sơ đồ nguyên lý 126 7.4 Thiết kế thử nghiệm giải thuật điều khiển cho điều khiển động AC servo 131 7.4.1 Các phương pháp điều chế biến tần nguồn áp 131 7.4.2 Lập trình tạo tín hiệu pha cho động AC servo 139 7.4.3 Giải thuật điều khiển động AC servo 143 Đánh giá thông số kỹ thuật ĐK AC servo thiết kế 144 7.5.1 Kết kiểm tra độ xác điều khiển 144 7.5.2 Kết kiểm tra đáp ứng điều khiển 145 Nhận xét Kết luận 147 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo phần cứng hệ điều khiển AKB Palletizer Robot 148 Phân tích tính tốn xây dựng cấu hình điều khiển AKB Palletizer Robot 148 7.5 8.1 8.1.1 Các yêu cầu thông số kỹ thuật điều khiển 148 8.1.2 Thiết kế sơ đồ khối điều khiển 149 8.2 Phân tích, lựa chọn linh kiện 150 8.2.1 Tính tốn, lựa chọn động AC servo sử dụng cho hệ thống AKB Palletizer Robot 150 8.2.2 Tính tốn, lựa chọn vi điều khiển cho điều khiển 151 8.3 Thiết kế phần cứng chức 154 8.3.1 Board điều khiển -CPU 154 8.3.2 Các trạm I/O, xử lý tín hiệu encoder 165 8.3.3 Drivers 167 8.3.4 Hệ thống điện nguồn nuôi 169 8.3.5 Thiết kế giao diện ngoại vi 8.4 171 Thiết kế bàn điều khiển - hiển thị 172 8.4.1 Hiển thị trạng thái hệ thống 172 8.4.2 Bộ điều khiển cầm tay 172 8.4.3 Bộ điều khiển khơng dây từ máy tính bảng 172 8.5 Thiết kế khung vỏ điều khiển 176 8.6 Sản phẩm phần cứng hệ điều khiển 177 Nhận xét Kết luận 179 Nghiên cứu giải thuật điều khiển thích hợp cho robot 180 Nghiên cứu lựa chọn thiết kế giải thuật điều khiển AKB Palletizer Robot 181 9.1 9.1.1 9.1.1 Nghiên cứu thiết kế giải thuật cho điều khiển AKB Palletizer Robot 181 9.1.2 Nghiên cứu thiết kế giải thuật cho vòng điều khiển 185 Driver AKB Palletizer Robot Thực nghiệm ứng dụng giải thuật thiết kế cho AKB Palletizer robot 192 Nhận xét Kết luận 192 Thiết kế phần mềm điều khiển robot 193 10.1 Thiết kế phần mềm điều khiển vận hành AKB Palletizer Robot 193 10.2 Thiết kế phần mềm huấn luyện AKB Palletizer Robot theo tác vụ 195 10.3 Thiết kế phần mềm kết nối máy tính 196 10.4 Thiết kế phần mềm điều khiển hiển thị từ máy tính 199 10.5 Thiết kế phần mềm cảnh báo an toàn cho AKB Palletizer Robot 204 Nhận xét Kết luận 204 11 Kết thử nghiệm ứng dụng 205 12 Hoàn chỉnh thiết kế 207 13 Kiểm định thông số 208 14 Kết ứng dụng sản xuất 209 KẾT LUẬN 210 Tài liệu tham khảo 212 9.2 10 A BÁO CÁO TỔNG HỢP I THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thử nghiệm Robot bốc xếp hàng lên pallet Thời gian thực hiện: 24 tháng (Từ tháng 12/2014 đến tháng 12/2016) Cấp quản lý: Thành phố  , Cơ sở  Thuộc Chương trình Robot công nghiệp Tổng vốn thực đề tài: 5.156 triệu đồng, đó: Nguồn Kinh phí (triệu đồng) - Từ Ngân sách nghiệp khoa học: 2.600 - Đơn vị chủ trì (tự có, huy động, khác…): 2.556 Chủ nhiệm đề tài Họ tên: Nguyễn Hồng Phúc; Năm sinh: 1985 Học vị: Thạc sĩ Chuyên ngành : Tự động hoá Nam/Nữ: Nam Năm đạt học vị :2011 Chức danh khoa học: Thạc sỹ kỹ thuật Chức vụ: Phó GĐ kỹ thuật Cty TNHH Chế tạo máy A.K.B Tên quan công tác: Công ty TNHH Chế tạo máy A.K.B Địa quan: 9/8 D Bùi Văn Ba, Phường tân Thuận Đông ,Quận 7, Tp HCM Điện thoại: Cơ quan: 37851686 Fax: 7851686 Địa nhà riêng: 211/33B/3 Bình Tiên, Phường 8, Quận 6, Tp HCM Điện thoại nhà riêng: Mobile: 0907476302 E-mail: akbmachinery@yahoo.com 6.1 Thư ký đề tài Họ tên: Võ Thị Ngự Bình Năm sinh: 1971 Nam/Nữ: Nữ Học vị: Cử nhân Chức vụ: Thư ký Điện thoại: Đơn vị: 3785 1686 Mobile: 0904 257 477 Fax: 3785 1686 E-mail: akbmachinery@yahoo.com Tên đơn vị công tác: Công ty TNHH Chế tạo máy A.K.B Địa đơn vị: 57 Phạm Hữu Lầu, Phường Phú Mỹ, Quận 7, Tp HCM Địa nhà riêng: 9/8D Bùi văn Ba, Phường Tân Thuận Đông, Quận 7, Tp HCM Đơn vị chủ trì thực đề tài Tên đơn vị chủ trì đề tài: Công ty TNHH Chế tạo máy A.K.B Họ tên thủ trưởng đơn vị: Lê Anh Kiệt Điện thoại: 37851686 Fax: 37851686 E-mail: akbmachinery@yahoo.com; Website: www.akb-machinery.com Địa chỉ: 9/8 D Bùi Văn Ba, Phường Tân Thuận Đông ,Quận 7, Tp HCM Số tài khoản: 3713.0.3017322 Kho bạc : Quận Mã quan hệ ngân sách: 3017322 Tên quan quản lý đề tài: Sở Khoa học Công nghệ TP HCM Các thành viên tham gia thực đề tài: TT Họ tên (học vị, chức danh) Đơn vị công tác Nội dung công việc Thời gian làm việc (Số tháng qui đổi) Ths.Nguyễn Hồng Phúc Cty AKB Tự động hố 14 Ks.Trương Chí Thành Cty AKB Điện, điện tử 14 Ks.Lê Anh Kiệt Cty AKB Cơ khí, Điện- điện tử, TĐH 10 Đặng Tấn Sinh Cty AKB Cơ Khí 14 Ks.Nguyễn Thành Nam Cty AKB Điện, điện tử 12 Ngơ Văn Phát Cty AKB Cơ khí 12 Võ Thị Ngự Bình Cty AKB Thư ký 20 Tóm tắt Các nội dung theo đăng ký ban đầu đề tài: 9.1 Các nội dung nghiên cứu đăng ký thực Tiến độ TT Các nội dung nghiên cứu đăng ký đăng ký Khảo sát, phân tích, đề xuất cấu hình robot bốc xếp hàng lên pallet 1.1 Khảo sát cấu khí có robot bốc xếp hàng lên pallet 1.2 Khảo sát số dây chuyền sản xuất đề Tháng 12/2015 Kết Hoàn thành Báo cáo chuyên đề Tiến độ thực Tháng 12/2015 xây dựng tiêu, không gian làm việc cho robot bốc xếp 1.3 Phân tích, lựa chọn cấu hợp lý, chế tạo Việt Nam 1.4 Đề xuất cấu hình thiết bị Nghiên cứu mơ hình phần khí cho Tháng – Hoàn thành 3/2015 báo cáo robot xếp hàng lên pallet chuyên đề 2.1 Xây dựng giải toán động học cho robot bốc xếp 2.2 Xây dựng giải toán động lực học cho robot bốc xếp 2.3 Nghiên cứu toán cân học trọng lượng cánh tay robot Tháng – 10/2015 Nghiên cứu thiết kế chi tiết khí cho Tháng – Hoàn thành Tháng – 6/2015 Báo cáo 6/2015 robot chuyên đề vẽ kỹ thuật chi tiết Thiết kế chân đế, mâm quay cho robot Thiết kế cánh tay robot khớp 1a/ trục R Thiết kế cánh tay robot khớp 1b/ trục Z Thiết kế cánh tay robot khớp Thiết kế cấu quay đầu cuối robot Thiết kế cấu liên động trục R Z Thiết kế cấu dẫn động cho bậc tự Thiết kế bố trí cảm biến, encoder Tính tốn cơng suất động dẫn động, lựa chọn động Thiết kế đầu kẹp thùng cho robot Thiết kế cấu khí nén thuỷ lực Thiết kế băng tải thùng, sàn lắp đặt robot Thiết kế điều khiển vận hành để kiểm tra phần khí robot 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 Chế tạo phần khí điện cho Tháng – Hoàn thành Tháng – 9/2015 Báo cáo 10/2015 robot chuyên đề vẽ kỹ thuật chi tiết 4.1 Chế tạo chân đế, mâm quay cho robot 4.2 Chế tạo cánh tay robot khớp 1a/ trục R 4.3 Chế tạo cánh tay robot khớp 1b/ trục Z 4.4 Chế tạo cánh tay robot khớp 4.5 Chế tạo cấu quay đầu cuối robot 4.6 Chế tạo cấu liên động trục R Z 4.7 Chế tạo cấu dẫn động cho bậc tự 4.8 Chế tạo gá cho cảm biến, encoder 4.9 Chế tạo loại đầu kẹp thùng cho robot 4.10 Chế tạo cấu khí nén thuỷ lực 4.11 Chế tạo khí băng tải thùng 4.12 Chế tạo hệ điều khiển dẫn động 4.13 Chế tạo điều khiển vận hành để kiểm tra phần khí robot Tích hợp phần khí hệ thống Tháng – Hồn thành 12/2015 Tháng 11/2015 Tháng 12/2015 Tháng 12/2015 5.1 Tích hợp hệ thống khí (mâm quay, cánh tay, khớp, cấu dẫn động, đầu cuối, cấu phụ,…) thành robot 5.2 Kiểm tra hoạt động đánh giá phần khí II 7.1 7.2 7.3 7.4 Báo cáo kết năm thực đề tài Báo cáo giám định Thiết kế hệ điều khiển Nghiên cứu điều khiển AC servo với Tháng 7các giải pháp đảm bảo độ xác, 9/2015 cơng suất tiêu thụ Thiết kế cấu hình điều khiển động AC servo Chế tạo thử nghiệm ĐK động AC servo Thiết kế thử nghiệm giải thuật điều khiển cho ĐK động AC servo Đánh giá thông số kỹ thuật ĐK AC servo thiết kế Mơ hình Tháng 7điều khiển 9/2015 thuật tốn Nghiên cứu thiết kế, chế tạo phần cứng hệ điều khiển robot Hệ thiết bị điều khiển 8.1 Phân tích tính tốn xây dựng cấu hình điều khiển robot 8.2 Phân tích, lựa chọn linh kiện Tháng 9/2015: 1/2016 Tháng 9/2015: 1/2016 giao diện hình Android tùy chỉnh mức cao, cho phép người dùng tự đặt hình dáng hành vi thiết bị theo sở thích Những ứng dụng hãng thứ ba có Google Play kho ứng dụng khác cho phép người dùng thay đổi "chủ đề" hình chính, chí bắt chước hình dáng hệ điều hành khác Phần lớn nhà sản xuất, số nhà mạng, thực thay đổi hình dáng hành vi thiết bị Android họ để phân biệt với hãng cạnh tranh Ở phía hình trạng thái, hiển thị thơng tin thiết bị tình trạng kết nối Thanh trạng thái "kéo" xuống để xem hình thông báo gồm thông tin quan trọng cập nhật ứng dụng, email hay tin nhắn SMS nhận, mà không làm gián đoạn khiến người dùng cảm thấy bất tiện Trong phiên đời đầu, người dùng nhấn vào thơng báo để mở ứng dụng tương ứng, sau thơng tin cập nhật bổ sung theo tính năng, có khả gọi ngược lại có gọi nhỡ mà khơng cần phải mở ứng dụng gọi điện Thơng báo ln nằm người dùng đọc xóa Cũng C#, Android đưa phương pháp lập trình giao diện tập tin giao diện XML mã lệnh Java Hiện có sẵn số phần mềm, Java Gui Builder, hỗ trợ người dùng nhanh chóng xây dựng giao diện cho chương trình mà người lập trình phát triển Chương trình tổng hợp nhiều giao diện với bố cục, bố trí khác người dùng chọn sử dụng mẫu tương thích với ứng dụng lập trình Java Gui Builder cho phép tạo giao diện người dùng GUI (Graphical User Interface) Java Với giao diện tạo ra, người dùng dễ dàng nhập liệu theo cách đơn giản nhất, tạo mã cho khung hình Applet Tiện ích hỗ trợ giao diện tùy chỉnh để xếp thành phần cửa sổ, bạn đặt thành phần vị trí xác Người dùng xem hiển thị cấu trúc, phân cấp mã lệnh có hệ thống chặt chẽ làm bật chúng nhiều màu sắc khác Mặt khác,chương trình WYSIWYG Java GUI Builder vừa viết vừa xem mã Java Web, nhằm tiết kiệm thời gian chỉnh sửa lỗi hay điểm không ưng ý cách dễ dàng nhanh chóng Chương trình tự động phát sinh chèn mã lệnh cần thiết vào nơi mà người sử dụng mong muốn Các tính Java GUI Builder: - Tạo giao diện người dùng thân thiện cho việc lập trình Java - Tạo mã cho khung hình Applet Java - Viết chỉnh sửa mã nguồn dễ dàng - Tự động chèn mã lệnh vào vị trí cần thiết - Hỗ trợ xây dựng dự án Java Việc thiết kế giao diện điều khiển cho Robot VNR-T1 máy tính bảng thực theo bước: - Xây dựng cấu trúc giao diện người dùng (UI) sở tạo Hierarchy Viewer, với Activity - Tạo Layout Android, kết nối vào Activity thơng qua hàm setContentView, Android có chế dịch XML thành Java code 200 - Kết hợp Layout lại với giao diện mong muốn Trên máy tính bảng lập trình để hiển thị trạng thái robot Giao diện người dùng máy tính bảng viết ngơn ngữ Java, với hệ điều hành Adroid Việc sử dụng máy tính bảng thay cho bàn điều khiển rõ ràng đem lại ưu lớn tạo giao diện người dùng phong phú, có khả lập trình, hiển thị trạng thái, Đối với AKB Palletizer Robot, trạng thái robot hiển thị bao gồm: Ký hiệu Tên Mô tả X Toạ độ Đề đầu robot Chỉ số kèm theo tính theo cm P Góc quay Pitch Chỉ số kèm theo tính theo độ R Góc quay Roll J1 ÷ J4 Góc quay khớp Chỉ số kèm theo tính theo độ N1 ÷ N4 Số xung (PWM) CPU gửi Chỉ số kèm theo số xung E1 ÷ E5 Số xung Encoder CPU nhận Chỉ số kèm theo số xung C0 ÷ C6 Trạng thái lối vào số Đổi màu chuyển trạng thái X0 ÷ X6 Trạng thái lối số Đổi màu chuyển trạng thái S1 ÷ S5 Trạng thái công tắc giới hạn khớp Đổi màu chuyển trạng thái XY Hiển thị cặp I/O khác: X Y (thay cho C X) Đổi màu chuyển trạng thái XYZ Hiển thị nút ẩn (do khơng đủ chỗ hình) SPEED Tốc độ khớp Đặt từ đến 100% JOINT j+: chạy thuận, j- chạy ngược Sáng tương ứng với chiều quay khớp chọn Y Z Các phím tương tác bao gồm: Ký hiệu Tên Mô tả C0 Lệnh Lệnh mặc định P0 Điểm Điểm mặc định GotoIP Chọn IP Chọn từ word Newins Lệnh Soạn lệnh InsertUp Lồng Up Chỉnh sửa Delins Xoá lệnh Để xoá lệnh NewPt Tạo điểm GetPt Nhận điểm có DelPt Xố điểm 201 Ký hiệu Mơ tả Tên PROGRAM Danh mục chương trình cột Tên chương trình lưu nhớ CPU (C0: Cx) USB Danh mục chương trình cột Tên chương trình lưu nhớ USB (C0: Cx) POINTS POINT:0 , POINT: Danh mục điểm đến robot INS LIST Danh mục lệnh cột Danh mục lệnh chương trình biên dịch FILES Xử lý files POWER NEW Tạo file SAVE Lưu file DEL Xố file LOAD Tải file có RUN Vận hành robot MovePt Dịch điểm GoHome Về vị trí ban đầu STOP Dừng robot Tắt nguồn Driver từ xa qua X7 - Đã kết nối Bluetooth Thông báo - Chỉ số đếm thời gian vận hành Trên hình 10.9 trình bày phần mềm thiết kế cài đặt máy tính bảng cho điều khiển hệ thống AKB Palletizer Robot 202 Hình 10.9: Giao diện người dùng máy tính bảng thiết kế cho điều khiển hệ thống AKB Palletizer Robot 203 10.5 THIẾT KẾ PHẦN MỀM CẢNH BÁO VÀ AN TOÀN CHO AKB PALLETIZER ROBOT Hệ thống AKB Palletizer Robot lắp đặt đèn lớn để cảnh báo cố, gắn bên chân đế robot Các cố phần mềm phát cảnh báo bao gồm: - Khi xảy va chạm khí mạnh, kẹt phần dẫn động, dòng motor tương ứng tăng, Drivers báo điều khiển cảnh báo đèn báo nguy hiểm, dừng robot - Khi động vượt hành trình, servo báo điều khiển cảnh báo đèn báo nguy hiểm, dừng robot - Khi robot phát sai số xung xung điều khiển, điều khiển kiểm tra cảnh báo đèn báo nguy hiểm, dừng robot Nhận xét Kết luận: Trong nội dung này, đề tài thực việc lập trình tổng thể cho hoạt động AKB Palletizer robot Kết vận hành hoàn chỉnh phần mềm cho phép kết luận phần mềm điều khiển robot đáp ứng yêu cầu đặt 204 11 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM AKB PALLETIZER ROBOT 11.1 Tích hợp phần khí điều khiển robot Robot lắp đặt hồn chỉnh phần khí vào tủ điện điều khiển Chân đế robot lắp khung sàn thép Băng tải cấp thùng bắt cố định vào khung sàn thép 11.2 kết thử nghiệm xƣởng 1) Kiểm tra độ cứng vững, cân trọng lực: Thực động tác nâng hạ tay gắp khơng tải có tải vị trí gần xa tâm xoay robot , đồng thời cho robot xoay quanh chân đế 330 độ Kết quả: robot cân tốt, không rung lắc, động nâng hạ tải động xoay trục thân hoạt động bình thường 2) Kiểm tra khơng gian làm việc robot Di chuyển tay gắp robot đến vị trí gần xa tâm nhất, vị trí cao thấp Kết quả: Vùng hoạt động:  Trục Z (đứng): >2300mm  Trục R ( dài) : >1500mm  Trục T ( thân): >3300  Trục A ( cổ tay): >3300 3) Kiểm tra tốc độ bốc xếp (năng suất): Cho robot thực chu trình: gắp thùng , nâng thùng, chuyển thùng, thả thùng với góc quay thân robot 450 , đạt 420 chu trình / h 4) Kiểm tra độ xác bốc xếp: Lắp vào tay gắp hệ thống 03 đồng hồ so có độ phân giải 1/100 mm theo hướng X,Y,Z cấu tạo hình Một cột mốc hình trụ vng cố định với sàn thép (hình 11.1) Cho robot gắp thùng di chuyển từ vị trí cao với góc xoay 90 đến vị trí đồng hồ đo chạm cột mốc Kết kiểm tra sau: LẦN ĐO 10 SAI SỐ(mm) X 1.86 1.86 1.85 1.88 1.85 1.95 1.93 1.93 1.95 1.92 0.10 Y 0.47 0.49 0.47 0.5 0.45 0.61 0.59 0.59 0.59 0.58 0.16 Z 0.26 0.26 0.26 0.27 0.27 0.35 0.35 0.35 0.35 0.36 0.10 Sai số lớn bằng: (0,10  0,16  0,10 = 0,0456 = 0.21 mm< 5mm (đăng ký) 205 Hình 11.1: Hệ thống kiểm tra độ xác robot Kết cho thấy sai số lặp lại robot nhỏ nhiều so với giá trị đăng ký 5mm 5) Kiểm tra tải trọng bốc xếp Cho robot mang 03 thùng , thùng nặng 20kg, thân đầu gắp có trọng lượng 40 kg Tổng cộng tải robot tính ln đầu gắp 100kg Kết robot nâng hạ bình thường, vượt so với mức đăng ký 90kg 6) Kiểm tra cơng suất điện tiêu thụ Robot có tổng cơng suất cực đại 04 motor servo 5.4kW Khi hoạt động bình thường, dùng dồng hồ ampe đo giá trị dòng điện cực đại motor là: Giá trị dịng điện Cơng suất tính tốn Trạng thái robot (A) (kW) Robot đứng yên 0.58 0.11484 Robot hoạt động khơng có gắp thùng 3.55 0.7029 Robot hoạt động có gắp thùng 20kg 5.02 0.99396 Kết quả: Công suất hoạt động cực đại robot robot ~ 1kW,nhỏ đăng ký (1,9 kW) Công suất cực đại robot hoạt động/Công suất tổng motor =1/5.4 Điều cho thấy tính ưu việt tiết kiệm lượng cấu tay máy song song dạng cấu hình lai ứng dụng so với dạng tay máy Articular túy 206 7) Kiểm tra chuyển động êm robot Nhờ thuật toán điều khiển phối hợp đồng motor nên robot hoạt động êm , q trình tăng tốc giảm tốc mượt , khơng rung lắc Tuy nhiên điều khiển khớp teach pendant có độ rung nhẹ Trong tương lai , cần cải tiến thiết kế khí để khắc phục 8) Kiểm tra độ an toàn robot: Cho Robot hoạt động phạm vi có rào chắn Trong suốt trình từ thử nghiệm robot , lập trình hoạt động ứng dụng sản xuất thực tế , robot hoạt động tuyệt đối ổn định,chưa lần xảy cố ý muốn 12 HỒN CHỈNH THIẾT KẾ CHO AKB PALLETIZER ROBOT 1) Hồn chỉnh thiết kế sản phẩm phần cứng - Cải tiến thiết kế khí trục đứng (Z) trục dài (R) để giảm dao động, tăng độ cứng vững - Cải tiến thiết kế đầu gắp để dễ dàng hiệu chỉnh kích thước cho phù hợp kích cỡ thùng khác 2) Hoàn chỉnh thiết kế sản phẩm phần mềm - Cải tiến thiết kế Main board controller robot, nâng cấp vi điều khiển để đạt tốc độ điều khiển cao hơn, Nghiên cứu thuật toán viết lại phần mềm để tối ưu khả đáp ứng thời gian thực điều khiển - Cải tiến hoàn chỉnh tập lệnh điều khiển robot để đa dạng hóa hoạt động robot 3) Quy trình sản xuất robot - Hiện , nguyên mẫu robot gia công bước, hướng tới cần đề quy trình hợp lý để gia cơng sản xuất hàng loạt 207 13 KIỂM ĐỊNH THÔNG SỐ AKB PALLETIZER ROBOT Robot trung tâm RESEACH CENTER FOR MANUFACTURING ENGINEERING kiểm định thông số Kết thông số đạt so với đăng ký 208 13 KẾT QUẢ ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT Robot ứng dụng sản xuất thực tế cơng ty Hóa nơng Hợp Trí Kết cho thấy robot hoạt động ổn định đạt suất yêu cầu dây chuyền sản xuất Hình 11.2: Robot hoạt động dây chuyền sản xuất cơng ty hóa nơng hợp trí 209 KẾT LUẬN Đề tài hoàn thành đầy đủ số lượng, khối lượng chủng loại nội dung nghiên cứu sản phẩm Các sản phẩm Đề tài sau: Thông số Đăng ký Thực Cơ cấu Robot khớp quay khớp quay Kiểu hoạt động Trụ quay Trụ quay 90 kg 90 kg 400 420 Số bậc tự trục trục Sai số lặp lại mm ± 0,21 mm AKB Palletizer Robot: Tải trọng (tính tay nâng) Năng suất (chu trình/giờ) Vùng hoạt động: Trục Z (đứng) - tầm xa 2300 mm 2300 mm Trục R (dài) 1500 mm 1500 mm Trục T (thân) Quay 3300 Quay 3300 210 Quay 3300 Trục A (cổ tay) Quay 3300 Loại tay bốc xếp Kẹp, truyền Kẹp, truyền động khí nén động khí nén Kỹ thuật huấn luyện Teaching Playback, Teachingless Công suất (200/220V (200/220V 3ph 50/60hz): 3ph 50/60hz): 1.9 KW 1,0 KW Kích thước thùng hàng D335 x R500 D335 x R500 x C160mm x C160mm Kích thước pallet D1200 x R1000 x C140 mm D1200 x R1000 x C140 mm Phần mềm điều khiển robot công nghiệp robot công nghiệp Teaching Playback, Teachingless Băng tải thùng (bộ) 01 01 Sàn gắn robot (bộ) 01 01 Hàng rào bảo vệ (bộ) 01 01 Bản vẽ kỹ thuật 01 01 Hướng dẫn sử dụng 01 01 Sản phẩm đưa vào sản xuất thử nghiệm Công ty Hố Nơng Hợp Trí (TP.HCM) 211 Hình 2: AKB Palletizer Robot bốc xếp thùng thuôc trừ sâu Công ty Hóa nơng Hợp Trí Một số nội dung khoa học công bố Hội nghị Cơ Điện tử VCM-2016 (tháng 11-2016) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ABB Products, Robot Palletizer, 2015.www ABB.com/product [2] CASI – The Automation Solution, CASI Robot Palletizer, 2015 [3] Toptier, A Comparison of Layer Handling and Robot Palletizers, 2014, www Robot vs layer palletizer white paper [4] Automatic ABB robot palletizer , ABB Products catalogue, 2015 [5] Turnkey Bagging, Palletizing and Stretch Wrapping Lines, TMI robot palletizer, 2015 [6] ROBOT P4, suitable for bags, boxes, drums, sheets or pallets, www iccrobotics.com, 2015 [7] Chung, W.K., Cho, H.S., On the dynamic characteristics of a balanced PUMA760 robot, Industrial Electronics 35(2), 222–230 (1988) [8] Lim, T.G., Cho, H.S., Chung, W.K., A parameter identification method for robot dynamic models using a balancing mechanism Robotica 7, 327–337 (1989) [9] Lim, T.G., Cho, H.S., Chung, W.K., Payload capacity of balanced robotic manipulators Robotica 8, 117–123 (1990) 212 [10] Volkert van der Wijk, Methodology for analysis and synthesis Of inherently force and Moment-balanced mechanisms– theory and applications- Thesis, 2014 [11] Toptier, A Comparison of Layer Handling and Robot Palletizers, 2014, www Robot vs layer palletizer white paper [12] Fuji Robotics, Fuji’s Robot Palletizer, Catalogue, 2014 [13] TEC Engineering, Fuji Robotic Palletizer www New From TEC Engineering Assotiation, Inc 2014 [14] F Gao, W Li, X Zhao, Z Jin, and H Zhao, “New kinematic structures for 2-, 3-, 4-, and 5-DOF parallel manipulator designs,” Mechanism and Machine Theory, vol 37, no 11, pp 1395–1411, 2002 [15] L Jinquan, Y Xiangdong, and F Tie, The Design of Palletizing Robot’s Structure and Control System, Beijing Institute of Technology Press, Beijing, China, 2011 [16] Z.-G Zhang, J.-Y Zang, and C Yun, “Kinematics analysis and simulation of series-parallel palletizing robot,” Journal of Ma-Machinechine Design, vol 27, no 11, pp 47–51, 2010 [17] Yong Tao, Fang Chen and Hegen Xiong, Kinematics and workspace of a 4-DOF hybrid palletizing robot, Advances in Mechanical Engineering Volum 2014, Article ID 125973 [18] Meiyu Lv, Jinquan Li, Binglei Duan, Rong Fu, A Palletizing Robot Dynamics Analysis, International Journal of Advancements in Computing Technology (IJACT), Volume 4, Number 11, June 2012 [19] S.K Agrawal, A Fattah Gravity-balancing of spatial robotic manipulators, Mechanism and Machine Theory, Vol 39, No 12, pp 1331–1344, 2004 [20] Roberto Carrabotta, Alberto Martini, Marco Troncossi, Alessandro Rivola, Optimal static balancing of a spatial palletizing robot, CCOMAS Thematic Conference on Multibody Dynamics, June 29 - July 2, 2015, Barcelona, Catalonia, Spain [21] Báo cáo tổng kết Đề tài KH & CN Thành phố Hồ Chí Minh, Nghiên cứu thiết kế chế tạo Bộ điều khiển số đa sử dụng cho robot, máy CNC máy đóng gói tự động, Chủ nhiệm ĐT: Lê Anh Kiệt, Công ty AKB, 2014 [22] ST Microelectronics Group, Microchip STM32F407VGT6, Datasheet, 2014 [23] LS Mecapion, AC Servo Motor, Product Introductions, 2015 [24] Sinotech Motors, Servo Motors, Servo Motor Specifications, 2015 http://www.sinotech.com/servomotors.html [25] OMNUC, N515 servo Sysyem, 2015 [26] STMicroelectronics Group of Companies, UM1052 User Manual, STM32F PMSM single/dual FOC SDK v4.2, 2015 [27] STMicroelectronics Group of Companies, RM0090mReference Manual, DOC ID 018909 Rev4, 2013 [28] STMicroelectronics Group of Companies, UM1594 User Manual, Six-step sensorless BLDC motor drive example software for the STM32TM, 2015 213 [29] N.P.Quang, J.-A.Dittrich, Vector Control of Three-Phase AC Machines, Springer, Power Systems ISSN: 1612-1287 [30] Sanyo Denki Co.Ltd., Sanmotion AC servo Systems, Instruction Manual, M0005349F, 2015 [31] Sanyo Denki Co., Ltd., AC SERVO SYSTEMS, Q Type S, Instruction Manual, 2015 [32] nRF24L01 Datasheet, 2014 [33] Sanyo Denki Co., Ltd.,, Sanmotion AC servo System, R Advanced Model Type S, Instruction manual M00008424J , 2015 214