Giáo trình robot công nghiệp (nghề điện tử công nghiệp trung cấp) (2022)

NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: ROBOT CƠNG NGHIỆP NGHỀ: ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số:761/QĐ-CĐCG-KT&KĐCL ngày 17 tháng 11 năm 2022 Trường Cao đẳng Cơ giới Quảng Ngãi, năm 2022 (Lưu hành nội bộ) TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Để thực biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử cơng nghiệp trình độ Trung Cấp Nghề, giáo trình Robot cơng nghiệp giáo trình mô đun đào tạo chuyên ngành biên soạn theo nội dung chương trình khung Hiệu trưởng trường Cao đẳng Cơ giới phê duyệt Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức kỹ chặt chẽ, logíc Khi biên soạn, nhóm biên soạn cố gắng cập nhật kiến thức có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết thực hành biên soạn gắn với nhu cầu thực tế sản xuất đồng thời có tính thực tiễn cao Nội dung giáo trình biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 105 gồm có: Bài 1: Giới thiệu chung robot công nghiệp Bài 2: Cấu trúc phân loại robot công nghiệp Bài 3: Các chuyển động robot công nghiệp Bài Phương trình động học động lực học robot Bài Lập trình ứng dụng robot phần mềm Trong trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu khoa học công nghệ phát triển điều chỉnh thời gian bổ sung kiến thức cho phù hợp Trong giáo trình, chúng tơi có đề nội dung thực tập để người học củng cố áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ Tuy nhiên, tùy theo điều kiện sở vật chất trang thiết bị, trường sử dụng cho phù hợp Mặc dù cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh khiếm khuyết Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy, giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn hiệu chỉnh hồn thiện Quảng Ngãi, ngày tháng năm 2022 Tham gia biên soạn Phan Ngọc Bảo chủ biên …………………………… …………………………… MỤC LỤC TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 NỘI DUNG TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU Bài 1: Giới thiệu chung robot công nghiệp Sơ lược trình phát triển robot công nghiệp Các khái niệm định nghĩa robot công nghiệp Ứng dụng robot công nghiệp Bài 2: Cấu trúc phân loại robot công nghiệp Các phận cấu thành robot công nghiệp Bậc tự tọạ độ suy rộng Hệ toạ độ vùng làm việc Phân loại robot công nghiệp Giới thiệu robot Bài 3: Các chuyển động robot công nghiệp Các khái niệm ban đầu Các chuyển động Một sơ kết cấu điển hình Điều khiển mơ hình robot ABB IRB 120 Bài 4: Phương trình động học động lực học robot Phương trình động học thuận Phương trình động học nghịch Giải hệ phương trình động học robot Động lực học robot Bài 5: Lập trình ứng dụng robot phần mềm Giới thiệu phần mềm Robot Studio Giao diện chức công cụ Các thao tác với chuột Các lệnh Lập trình máy tính TÀI LIỆU THAM KHẢO TRANG 10 11 12 15 20 21 22 24 28 33 39 40 41 42 46 50 51 61 62 67 79 80 81 83 84 88 112 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: ROBOT CƠNG NGHIỆP Mã mơ đun: MĐ23 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: - Vị trí mơ đun: Mơ đun bố trí dạy sau học xong mơn học /mơ đun kỹ thuật sở, Lập trình PLC, Kỹ thuật cảm biến, Điều khiển khí nén, điện khí nén - Tính chất: Là mơ đun chun nghề chương trình đào tạo nghề Điện tử cơng nghiệp - Ý nghĩa vai trị mơ đun: Mơ đun Robot Công Nghiệp mảng kiến thức kỹ thiếu với công nhân kỹ thuật chuyên ngành Điện tử công nghiệp Các kiến thức kỹ từ mô đun giúp học sinh, sinh viên nắm bắt kiến thức kỹ thực hành robot cơng nghiệp Để thực tốt nội dung mô đun người học cần phải nắm số kiến thức kỹ mô đun kỹ thuật cảm biến, mơ đun điều khiển điện khí nén,… Hy vọng giáo trình đề cập đựơc phần lớn lĩnh vực mà học viên cần biết để cho mơ hình hóa, phương thức tính tốn trở thành đối tượng dễ hiểu, dễ lắp ráp, sửa chữa đem lại cho học viên thông tin cần biết - Đối tượng: Là giáo trình áp dụng cho học sinh trình độ Trung cấp nghề Điện tử cơng nghiệp Mục tiêu mô đun: - Kiến thức: A1 Trình bày cấu trúc robot cơng nghiệp A2 Mơ tả q trình hoạt động robot dùng cơng nghiệp - Kỹ năng: B1 Lập trình mô chuyển động robot B2 Sử dụng robot cơng nghiệp qui trình Kỹ thuật B3 Sửa chữa số hư hỏng thông thường robot công nghiệp - Về lực tự chủ trách nhiệm: C1 Rèn luyện tính tỉ mỉ, xác, an tồn vệ sinh cơng nghiệp Chương trình khung nghề Điện tử cơng nghiệp Mã MH, Số tín Thời gian học tập (giờ) MĐ I MH 01 MH 02 MH 03 MH 04 MH 05 MH 06 II II.1 MH 07 MH 08 MĐ 09 MĐ 10 MĐ 11 MĐ 12 MĐ 13 II.2 Tên môn họcc, mô (*) đun Các mơn học chung/đại cương Chính trị Pháp luật Giáo dục thể chất Giáo dục quốc phòng - An ninh Tin học Ngoại ngữ (Anh văn) Tổng số Trong Thực hành/ thực tập/ thí Lý nghiệm Thuyết /bài tập 12 255 94 148 13 30 15 13 15 1 30 24 2 45 21 21 45 15 29 90 30 56 220 24 Các môn học, mô đun chuyên môn nghề Các môn học, mô 405 161 đun sở An toàn lao động Điện kỹ thuật Máy điện Vẽ điện Linh kiện điện tử Đo lường điện tử Điện Các môn học mô đun chuyên ngành Kiểm tra 30 15 13 60 40 16 4 90 30 56 30 12 16 2 60 20 36 45 19 23 90 25 60 1245 324 871 50 MĐ 14 MĐ 15 MĐ 16 MĐ 17 MĐ 18 MĐ 19 MĐ 20 MĐ 21 MĐ 22 MĐ 23 MĐ 24 Trang bị điện Mạch điện tử Điện tử tương tự Kỹ thuật xung - số Kỹ thuật cảm biến Điện tử nâng cao Thiết kế, chế tạo mạch in hàn linh kiện Vi điều khiển PLC Rô bốt công nghiệp Thực tập tốt nghiệp 60 20 37 90 25 60 60 20 36 75 25 46 75 30 42 180 50 121 90 30 55 90 32 53 5 120 47 67 105 45 54 300 15 275 10 TỔNG CỘNG 79 1905 594 1214 97 Chương trình chi tiết mơ đun Số TT Tên mô đun Thời gian Tổng số Lý thuyết Thực hành Kiểm tra* Bài 1: Giới thiệu chung Robot công nghiệp 5 Bài 2: Cấu trúc phân loại robot công nghiệp 23 10 12 Bài 3: Các chuyển động 23 10 12 robot công nghiệp Bài 4: Phương trình động học động lực học robot cơng nghiệp 10 10 Bài 5: Lập trình ứng dụng robot phần mềm 44 10 30 Tổng 105 45 54 Điều kiện thực môn học: 3.1 Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn 3.2 Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, tranh vẽ 3.3 Học liệu, dụng cụ, mơ hình, phương tiện: Giáo trình, mơ hình thực hành, dụng cụ nghề điện, phần mềm mô phỏng,… 3.4 Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế robot cơng nghiệp nhà máy, xí nghiệp công nghiệp Nội dung phương pháp đánh giá: 4.1 Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kỹ - Năng lực tự chủ trách nhiệm: Trong trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu trước đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học + Nghiêm túc trình học tập 4.2 Phương pháp: Người học đánh giá tích lũy mơn học sau: 4.2.1 Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Trung cấp hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 04/2022/TT-BLĐTBXH, ngày 30/3/2022 Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh Xã hội - Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Cơ giới sau: Điểm đánh giá Trọng số + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc môn học 60% 4.2.2 Phương pháp đánh giá Phương pháp Phương pháp đánh giá tổ chức Thường xuyên Định kỳ Kết thúc môn học Hình thức kiểm tra Chuẩn đầu đánh giá Tự luận/ Viết/ Trắc nghiệm/ A1, A2, B1, C1 Thuyết trình Báo cáo Tự luận/ Viết A2, B1, B2, Trắc nghiệm/ thực hành B3, C1 thực hành Vấn đáp Vấn đáp thực hành A1, A2, B1, B2, thực hành mơ B3, C1 hình Số cột Thời điểm kiểm tra Sau Sau 23 Sau 90 4.2.3 Cách tính điểm - Điểm đánh giá thành phần điểm thi kết thúc mô đun chấm theo thang điểm 10 (từ đến 10), làm tròn đến chữ số thập phân - Điểm mô đun tổng điểm tất điểm đánh giá thành phần mô đun nhân với trọng số tương ứng Điểm mô đun theo thang điểm 10 làm tròn đến chữ số thập phân Hướng dẫn thực mô đun 5.1 Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Trung cấp Điện tử công nghiệp 5.2 Phương pháp giảng dạy, học tập mô đun 5.2.1 Đối với người dạy * Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gờm: Trình chiếu, thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, tập cụ thể, câu hỏi thảo luận nhóm… * Thực hành: - Phân chia nhóm nhỏ thực tập thực hành theo nội dung đề - Khi giải tập, làm Thực hành, thí nghiệm, tập: Giáo viên hướng dẫn, thao tác mẫu sửa sai chỗ cho nguời học - Sử dụng mơ hình, học cụ mơ để minh họa tập ứng dụng hệ truyền động robot, loại thiết bị điều khiển, phần mềm mô * Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân cơng thành viên nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo u cầu nội dung học, nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép viết báo cáo nhóm 5.2.2 Đối với người học: Người học phải thực nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu kỹ học nhà trước đến lớp Các tài liệu tham khảo cung cấp nguồn trước người học vào học môn học (trang web, thư viện, tài liệu ) - Sinh viên trao đổi với nhau, thực thực hành báo cáo kết - Tham dự tối thiểu 80% giảng tích hợp Nếu người học vắng >20% số tích hợp phải học lại mơ đun tham dự kì thi lần sau - Tự học thảo luận nhóm: Là phương pháp học tập kết hợp làm việc theo nhóm làm việc cá nhân Một nhóm gồm 2-3 người học cung cấp chủ đề thảo luận trước học lý thuyết, thực hành Mỗi người học chịu trách nhiệm số nội dung chủ đề mà nhóm phân cơng để phát triển hồn thiện tốt tồn chủ đề thảo luận nhóm - Tham dự đủ kiểm tra thường xuyên, định kỳ - Tham dự thi kết thúc mơ đun 10 Hình 5.26 Chọn chế độ đặt tọa độ cho dụng cụ B5: Hãy chắn dấu nhắc trỏ nằm ô Position: ô cho biết xác tọa độ vẽ so với tọa độ gốc Hình 5.27 Bảng tọa độ cho dụng cụ Rê chuột click vào bề mặt tròn đế Tool: ý chấm trắng đục tâm vẽ Hình 5.28 chọn tâm mặt dụng cụ Sau click xong, ta thơng số hình: 104 Hình 5.29 Tọa độ dụng cụ Trong mục Orientation (deg), ô trục X điền vào giá trị -90 Sau nhấn Apply Close: Điều chỉnh hướng cho dụng cụ cách thay đổi hệ trục xyz Hình 5.30 Chỉnh hướng cho dụng cụ Ta tọa độ Local hình: 105 Hình 5.31 Hệ tọa độ dụng cụ gắn B6: Trong cửa sổ Layout, click phải vào SpintecTool chọn Set Position trả tất giá trị sau nhấn Apply nhấn Close Hình 5.32 vị trí chuẩn dụng cụ B7: Phóng đại xoay tới có tầm nhìn rõ tới chóp cơng cụ Hình 5.33 Chóp dụng cụ B8: Chọn chế độ Surface Selection Snap Center 106 Hình 5.34 Chọn chế độ bề mặt tâm B9: Trong tab Home, mục Frame chọn Create Frame Hình 5.35 tạo tọa độ làm việc cho dụng cụ B10: Nhấn vào bề mặt chóp cơng cụ Hình 5.36 Tọa độ làm việc dụng cụ Sau nhấn Create nhấn Close Ta khung Frame hình dưới: 107 Hình 5.37 Tọa độ làm việc tạo B11: Trong cửa sổ Layout, click phải vào Frame_1 chọn Set normal to surface Hình 5.38 Điều chỉnh tọa độ làm việc theo trục z B12: Trong hộp thoại Set normal to surface, nhấp chuột vào phía sau cửa sổ Graphics nhấp vào bề mặt chóp cơng cụ Sau nhấn Apply 108 Hình 5.39 Chọn bề mặt dụng cụ Bây ta trục Z vng góc với mặt chóp Hình 5.40 Tọa độ làm việc sau điều chỉnh 109 B13: Trong tab Modeling, chọn Create tool Hình 5.41 Bắt đầu chuyển từ vẽ qua dụng cụ thật B14: Trong hộp thoại Create Tool, phần Tool name điền MySpintecTool Hình 5.42 Chọn tên dụng cụ theo ý muốn Để chọn Geometry nhấn chọn mục Use Existing, danh sách trổ xuống chọn phần SpintecTool 110 Hình 5.43 chọn vẽ dụng cụ sử dụng Điền 3kg phần Mass Chọn chế độ Part Selection Snap gravety Hình 5.44 chọn chế độ khối trọng tâm Trong hộp thoại Create Tool, click chuột vào phần Center of Gravity, sau cửa sổ đồ họa click vào Tool để bắt điểm tâm trọng lượng Hình 5.45 Tọa độ trọng tâm dụng cụ 111 Sau nhấn Next Trong phần TCP name nhập tSpintec Hình 5.46 nhập tên dụng cụ Trong phần Values from Target/Frame click vào chọn Frame_1 Hình 5.47 chọn tọa độ làm việc dụng cụ Click nút mũi tên để nhập TCP Hình 5.48 thêm tọa độ làm việc vào dụng cụ Sau nhấn Done Bây ta tạo Tool, cửa sổ Layout click chuột phải vào Frame_1 chọn Delete 112 Hình 5.49 Xóa tọa độ làm việc vẽ dụng cụ B15: Add vào cánh tay robot gắn Tool tạo vào để kiểm tra ( cách làm tương tụ phần 5.4.1) 5.5 Lập trình điều khiển robot xoay gắp vật liệu dụng cụ Tạo dụng cụ với hệ tọa độ làm việc hình 5.50 113 Hình 5.50 Dụng cụ với hệ tọa độ làm việc Điều khiển robot sử dụng dụng cụ với hệ tọa độ thứ để gắp vật liệu sau: Hình 5.51 Gắp vật liệu E F dụng cụ với tọa độ 5.6 Lập trình điều khiển robot xoay gắp vật liệu dụng cụ Tiến hành tương tự mục 5.5 thay vật liệu cho phù hợp như: Hình 5.52 Gắp vật liệu E F dụng cụ với tọa độ 114 5.7 Lập trình điều khiển robot xoay gắp vật liệu dụng cụ Tương tự mục 5.5 với dụng cụ dùng tọa độ khơng gắp sản phẩm, dùng để xoay, vặn vít Sử dụng tọa độ để vặn vít vào vị trí 5.8 Bài tập tổng hợp Bài tập 1: Tạo Tools Rô bôt dựa mơ hình CAD cấp sẵn hình 5.53 Hình 5.53 Bài tập Hãy tạo hệ thống Rơ bơt IRB120, Lập trình mơ Robot IRB 120 dùng nhọn Tool1 (bài tập 1) theo cạnh vật thể theo thứ tự D,C,B,A hình 5.54 theo chiều kim đồng hồ với yêu cầu tốc độ độ lượn đoạn code mẫu Code chương trình mẫu có dạng sau: MoveAbsJ Home,v500,z100,Tool_kiemtra\WObj:=Wobj_table; MoveJ P_10_kiemtra,v500,z100,Tool_kiemtra\WObj:=Wobj_table; MoveL P_20_kiemtra,v100,fine,Tool_kiemtra\WObj:=Wobj_table; MoveL P_30_kiemtra,v100,fine,Tool_kiemtra\WObj:=Wobj_table; MoveC 115 P_40_kiemtra,P_50_kiemtra,v100,fine,Tool_kiemtra\WObj:=Wobj_table; Hình 5.54 116 CÂU HỎI ƠN TẬP Câu hỏi: Cho hệ thống hình 5.55 lập trình cho robot ABB IRB120 vận hành lắp ráp sản phẩm hoàn chỉnh Sản phẩm gồm: Đế, ổ bi, trục, nắp vặn vít góc Cho biết hệ thống sử dụng vẽ cơng cụ có sẵn thư viện Geometry Sau lập trình máy tính xong, sinh viên phải kết nối với robot thực hành robot Yêu cầu thực hành: Các tọa độ phải điều chỉnh lại cho xác Tăng thêm thời gian chờ thấy chưa phù hợp Kết nối hệ thống khí nén Hình 5.55 Bộ thực hành robot ABB IRB 120 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Robot công nghiệp - GSTSKH Nguyễn Thiện phúc NXBKH Kỹ thuật 2006 [2] Tay máy - người máy công nghiệp - Nguyễn Thiện phúc NXBKH Kỹ thuật 1983 [3]Điện tử công nghiệp - Nguyễn Phước - NXBKH Kỹ thuật 2003 [4] Cảm biến ứng dụng - Dương minh Trí, NXB trẻ 2006 [5] Cơ điện tử - Trần san, Trần Khánh Thành NXBKHKT 2006 118