Mỗi loại rôbôt có rất nhiều các thông số kỹ thuật nh−: - Số bậc tự do DOF - Độ chính xác lặp - Sai số định h−ớng - Tốc độ chuyển động tịnh tiến - Tốc độ chuyển động quay - Không gian làm
Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành: công nghệ khí đánh giá độ xác lặp rôbôt pegasus đỗ anh tuấn Hà nội 2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131416201000000 -1- Mở đầu Ngày rôbôt công nghiệp đà đợc sử dụng rộng rÃi sản xuất, nghiên cứu khoa học đời sống hàng ngày Đó mắt xích thiếu đợc hệ thống sản xuất tự động, đặc biệt hệ thống sản xuất linh hoạt hệ thống sản xuất tích hợp Sự phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật với việc áp dụng thành tựu khoa học kỹ thuật vào sản xuất làm cho rôbôt ngày khéo léo thông minh Rôbôt đợc coi sản phẩm điển hình ngành kỹ thuật mới: - điện tử ( Mechatronics ) Rôbôt công nghiệp đà đợc nhập vào nớc ta ngày nhiều với mục đích thay dần ngời lao động môi trờng độc hại Việc đánh giá chất lợng rôbôt nhập nh trình sử dụng cần thiết, nhiên nớc ta thiếu cha có thiết bị để đánh giá chất lợng rôbôt công nghiệp Để đánh giá đợc chất lợng rôbôt công nghiệp, trớc hết ta phải dựa vào tiêu chuẩn kỹ thuật nhà sản xuất cung cấp rôbôt đợc xuất xởng Mỗi loại rôbôt có nhiều thông số kỹ thuật nh: - Số bậc tự (DOF) - Độ xác lặp - Sai số định hớng - Tốc độ chuyển động tịnh tiến - Tốc độ chuyển động quay - Không gian làm việc - Tải trọng cực đại Một tiêu kỹ thuật quan trọng rôbôt độ xác lặp Độ xác lặp cao, khả ứng dụng rôbôt lớn, đặc -2- biệt công việc đòi hỏi độ xác cao nh lắp ráp, kiểm tra chất lợng sản phẩm, gia công xác, hàn linh kiện vi mạch Rôbôt thờng có hai loại sai số sai số định vị sai số định hớng Sai số định vị sai số vị trí rôbôt theo ba phơng X, Y, Z Sai số định hớng sai số góc quay rôbôt theo ba trục OX, OY, OZ Các sai số thông thờng phụ thuộc nhiều vào kết cấu rôbôt Việc bố trí cảm biến để xác định đợc sai số rôbôt vấn đề khó khăn có cảm biến đo sai số góc định hớng rôbôt, toàn sai số đợc xác định thông qua cảm biến vị trí Phơng pháp sử dụng phơng pháp dùng khối hộp lập phơng làm mẫu đo so sánh với âm hệ toạ độ cố định gắn không gian làm việc rôbôt Sai số xuất trình rôbôt định vị mẫu đến vị trí xác định trớc hệ toạ độ điểm cuối rôbôt không gian làm việc bị thay đổi Vị trí khối hộp tơng ứng với bậc tự (DOF), nh để xác định đợc thông số cần cảm biến vị trí Mỗi cảm biến vị trí cho ta giá trị khoảng cách từ điểm cố định hệ toạ độ so sánh đến hệ toạ độ điểm cuối rôbôt Mục đích từ sai số vị trí cảm biến thu nhận đợc ta xác định đợc sai số định vị sai số định hớng rôbôt Mục đích nghiên cứu đánh giá độ xác lặp rôbôt Pegasus, so sánh với kết nhà sản xuất đa giải pháp nâng cao độ xác lặp Tạo khả nghiên cứu, triển khai ứng dụng, dây chuyền tự động hoá ứng dụng rôbôt Pegasus Nội dung chủ yếu đề tài cần giải quyết: - Tìm hiểu động lực học điều khiển rôbôt Pegasus - Tìm hiểu phơng pháp đánh giá độ xác lặp hệ thống đo - Đánh giá độ xác lặp rôbôt Pegasus thực nghiệm -3- Chơng I: Tổng quan Rôbôt Công Nghiệp 1.1 Tổng quan lịch sử phát triển Rôbôt công nghiệp (IR) 1.1.1 Tình hình giới Rôbôt công nghiệp Hơn nửa kỷ (từ năm 50) có mặt sản suất, Rôbôt công nghiệp đà có lịch sử phát triển hấp dẫn Từ năm 1960 xuất máy vi tính, Rôbôt công nghiệp đà tiếp thu đợc thành tựu Cao trào phát triển vào năm 70 đánh dấu mốc hội nghị quốc tế lần thứ thiết kế chế tạo ứng dụng rôbôt công nghiệpChicago năm 1972 Sau lại lắng dần xuống, sau khủng hoảng dầu mỏ năm 1975 để rút kinh nghiệm áp dụng vào chỗ phát huy hiệu cao Đến năm 80 xuất nhu cầu hình thành hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) mà rôbôt nh phận cấu thành FMS Nhu cầu kích thích bớc phát triển rôbôt công nghiệp Trong năm 90 rôbôt công nghiệp có bớc phát triển theo hớng đồng hệ thống sở vận dụng thành tựu thông tin ứng dụng 1.1.2 Lịch sử phát triển Rôbôt công nghiệp Việt Nam Tình hình tiếp cận rôbôt công nghiệp Việt Nam tơng đối muộn Trớc năm 1990 hầu nh nớc hoàn toàn cha du nhập kỹ thuật rôbôt, chí cha nhận đợc nhiều thông tin kü tht vỊ lÜnh vùc nµy Tuy vËy, víi mục tiêu chủ yếu tiếp cận kỹ thuật mẻ này, nớc đà triển khai đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nớc: Đề tài 58.01.03 giai đoạn 81 85 đề tài 52B.03.01 giai đoạn 86-89 Kết nghiên cứu đề tài đáp ứng đợc yêu cầu tiếp cận mà có ứng dụng ban đầu kỹ thuật bảo hộ lao động phục vụ công tác đào tạo cán kỹ thuật nớc ta Sau năm 1990 ngành công nghiệp ta bắt đầu đổi mới, nhiều sở đà đà nhập ngoại thiết bị mới, đặc biệt số sở liên doanh đà nhập -4- ngoại nhiều rôbôt phục vụ cho nhiều công việc nh: tháo lắp dụng cụ cho trung tâm gia công, lắp ráp linh kiện điện tử, tháo sản phẩm máy ép nhựa tự động, hàn vỏ xe, phun phủ bề mặt v v Tuy nhiên có số sở nớc lúc mua dây truyền đà không nhập rôbôt có danh mục thiết bị dây truyền chào hàng, có số sở đà nhận nhu cầu phải có rôbôt đảm bảo đợc chất lợng sản phẩm dây truyền nh thiết kế Vì đà xuất nhu cầu bổ sung rôbôt Một bớc ngặt trọng đại ngành rôbôt Việt Nam từ tháng năm 1998 Nhà máy Rorze Rôbôtech đà bớc vào hoạt động khu công nghiệp Nomura Hải Phòng Đây nhà máy Việt Nam chế tạo lắp ráp rôbôt Đó loại rôbôt có cấu trúc đơn giản nhng xác dùng sản xuất chất bán dẫn Nhà máy Rorze Rôbôtech có vốn đầu t 46 triệu đô la Mỹ Nhật Bản đầu t Cho đến nay, trờng Đại học Bách khoa Hà Nội đà nghiên cứu tính toán thiết kế kiểu rôbôt mới, ký hiệu rôbôt RP Rôbôt RP thuộc loại rôbôt sinh, rôbôt dùng cấu Pantograph với hai trợt dẫn động làm môđun chủ yếu cấu tay máy Ngoài trờng chế tạo hai mẫu: Rôbôt RPS 406 dùng ®Ĩ phun men, cã hƯ trun dÉn thủ lùc víi bậc tự rôbôt RPS 4102 dùng công nghệ bề mặt, có bậc tự do, động điện chiều động bớc Không thiết kế chế tạo rôbôt nói mà trờng Đại học Bách khoa Hà Nội nghiên cứu, xây dựng thành công thuật toán để xây dựng chơng trình tính toán điều khiển rôbôt, xây dựng phơng pháp tự động thiết lập giải toán động học sở dùng MATLAB Trong trình thiết kế, chế tạo rôbôt, trờng Đại học Bách khoa Hà Nội đà tiến hành xây dựng th viện mô hình động rôbôt máy tính Các rôbôt đợc thiết kế theo thông số kỹ thuật sở sản xuất, -5- mà đợc mô hoạt hình chơng trình điều khiển chúng Với chơng trình tìm hiểu, học tập, khảo sát loại rôbôt tiếng giới trình diễn, giới thiệu với khách hàng hoạt động rôbôt đợc thiÕt kÕ Qua ®ã cịng cã thĨ trao ®ỉi, hiƯu chỉnh thiết kế theo yêu cầu khách hàng Nh ta thấy tầm quan trọng to lớn rôbôt công nghiệp sản xuất đại nh học tập nghiên cứu theo kịp thời đại Sự phát triển ngày cao khoa học kỹ thuật việc áp dụng thành tựu khoa học kỹ thuật vào sản xuất trở nên cấp thiết cho quốc gia Để đánh giá trình độ khoa học việc áp dụng thành tựu khoa học vào sản xuất, ngời ta nhìn vào mức độ ứng dụng Rôbôt công nghiệp sản xuất Nh vậy, Rôbôt đóng vai trò quan trọng sản xuất đại Rôbôt công nghiệp thiết bị tự động đa chức đợc lập trình cho hay nhiều công việc đợc điều khiển máy tính Chúng sử dụng nh thiết bị độc lập, có khả thay đổi nhanh, dễ hiệu chỉnh Một phận chức Rôbôt hƯ thèng ®iỊu khiĨn Nã cã nhiƯm vơ xư lý thông tin nhận đợc để tạo chuỗi lệnh cần thiết Hệ thống điều khiển coi nh kho chứa trung chuyển liệu sử dụng cho công việc khác Các Rôbôt thờng đợc trang bị hệ thống điều khiển thích nghi, hệ thống theo chơng trình điều khiển logic PLC (Programable Logic Control), hệ thống cảm biến thực theo chức nh: nghe, nói, đọc, viết, sờ, ngưi v v V× vËy chóng cã thĨ sư dơng hầu hết lĩnh vực nh: y tế, thể thao, văn hoá, gia công, lắp ráp lĩnh vực khác mà máy tự động thờng thực đợc Trong trờng hợp yêu cầu vận tốc sử lý tình nhanh, xác, lựa chọn tìm kiếm giải pháp nhiều phơng án, yêu cầu khả suy nghĩ logic phán đoán -6- tình theo bối cảnh, sử dụng Rôbôt cho hiệu cao Rôbôt thiết bị đáp ứng đợc đặc tính thay đổi sản xuất đại, mở rộng đáng kể khả thiết bị trình sản xuất với hiệu cao 1.2 Định nghĩa Rôbôt công nghiệp (IR) Rôbôt công nghiệp thiết bị vạn để tự động hoá trình sản xuất nhiều chủng loại chi tiết thờng xuyên thay đổi đối tợng gia công Rôbôt công nghiệp thực nguyên công nh nguyên công phụ, chúng cần thiết hệ thống sản xuất tích hợp Rôbôt công nghiệp máy tự động đợc lập trình nhắc lại, có khả thay ngời để thực chức di chuyển đối tợng sản xuất thiết bị công nghệ Rôbôt công nghiệp khác thiết bị tự động hoá truyền thống tính vạn di chuyển điều chỉnh nhanh để thực nguyên công Rôbôt công nghiệp có khả thay nhiều thiết bị khác hệ thống sản xuất tích hợp, ví dụ nh: thiết bị cấp phôi tháo chi tiết đà gia công, thiết bị kiểm tra, thiết bị thay dao dọn phoi, đồng thời rôbôt công nghiệp đảm bảo gá đặt thay đổi thiết bị kiểm tra cách tự động Nh rôbôt ? Trên thực tế , có nhiều định nghĩa rôbôtcông nghiệp tồn Sau số định nghĩa giới: ã Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR Pháp: Rôbôtcông nghiệp cấu chuyển đổi tự động chơng trình hoá, lập lại chơng trình, tổng hợp chơng trình đặt trục toạ độ; có khả định vị, di chuyển đối tợng vật chất: chi tiết, dao, gá -7- lắp theo hành trình thay đổi đà chơng trình hoá nhằm thực nhiệm vụ công nghệ khác ã Định nghĩa theo tiêu chuẩn VDI 2860/BRD Rôbôtcông nghiệp thiết bị có nhiều trục, thực chuyển động chơng trình hoá ghép nối chuyển động chúng khoảng cách tuyến tính hay phi tuyến động trình Chúng đợc điều khiển phận hợp ghép nối với nhau, có khả học ghi nhớ chơng trình; chúng đợc trang bị dụng cụ phơng tiện công nghệ khác để thực nhiệm vụ sản xuất trực tiếp gián tiếp ã Định nghĩa theo OCT-1980 Rôbôtcông nghiệp máy tự động liên kết tay máy cụm điều khiển chơng trình hoá, thực chu trình công nghệ cách chủ động với điều khiển thay chức tơng tự nh ngời Nh có nét đặc trng cần thiết để định rõ kết cấu máy nh rôbôt Chúng là: - Đợc tự động hóa: vận hành không cần giúp đỡ - Lập trình lại: đợc lập trình lại thực công việc phơng pháp khác - Chế độ đa nhiệm (Multitasky)- đợc lập trình lại làm công việc khác trọn vẹn nh nhóm ngời nguồn tải máy móc Nhu cầu nâng cao suất chất lợng sản phẩm ngày đòi hỏi ứng dụng rộng rÃi phơng tiện tự động hoá sản xuất Đặc biệt hệ thống CIM, tính tự động hoá hệ thống sản xuất tích hợp yêu cầu linh hoạt việc thay đổi sản phẩm đòi hỏi ứng dụng số lợng lớn rôbôt công -8- nghiệp thực chức chủ yếu nh cấp phôi cho trung tâm gia công, gắp chi tiết sau đà gia công, thực trình lắp ráp tự động 1.3 Những khái niệm rôbôt công nghiệp 1.3.1 Các phận cấu thành rôbôt công nghiệp Các phận chủ yếu rôbôt đợc thể hình vẽ 1.1: Cảm biến ngoại tín hiệu Cảm biến nội tín hiệu Hệ thống ®iỊu khiĨn M¸y tÝnh Dơng thao t¸c HƯ thèng truyền dẫn động Hình 1.1: Các phận cấu thành r«b«t Để tiêu chuẩn hố cơng việc thiết kế, R«b«t chia làm ba phần chính: nguồn cung cấp lượng, điều khiển phần tay máy Mỗi phần ba phần bao gồm nhiều phận phận biến đổi để đáp ứng tiêu chuẩn thông số thiết kế R«b«t định Phần tay máy Tay máy bao gồm tập thành phần liên kết học nối với khớp Các khớp thường khớp quay khớp trượt -9- Thành phần cuối gọi thành phần thực cuối thành phần gắn dụng cụ vật tác động Các cấu chấp hành sử dụng để điều khiển chuyển động khớp tay máy, số khớp khớp chủ động (các khớp có gắn cấu chấp hành) số khác khớp bị động Nguồn cung cấp lượng * Cơ cấu chấp hành Các cấu chấp hành thường loại tuyến tính quay, chúng dạng thuỷ lực, khí nén điện, cấu chấp hành chạy lượng điện (động cơ) phù hợp thường sử dụng nhiều cho ứng dụng có tốc độ cao, tải trung bình nhỏ cấu chấp hành thuỷ lực phù hợp với ứng dụng có tốc độ thấp tải làm việc lớn Các cấu chấp hành khí nén sử dụng ứng dụng tương tự cấu chấp hành thuỷ lực với tải làm việc nhỏ Nguyên nhân để cấu chấp hành khí nén cịn sử dụng cơng nghiệp hầu hết nhà máy có sẵn trạm khí nén tập trung * Bộ truyền động Bộ truyền động thành phần trung gian cấu chấp hành khớp chủ động, chúng sử dụng nguyên nhân sau: - Thông thường trục cấu chấp hành không phù hợp để truyền chuyển động trực tiếp cho thành phần liên quan Ví dụ: tốc độ quay động thường khoảng 3000v/p khơng phù hợp với R«b«t có vận tốc nhỏ cần hộp số để giảm tốc