1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Khảo Sát Động Họ Và Mô Phỏng Robot Trong Gia Ông Bằng Tia Laze.pdf

96 0 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Khảo Sát Động Học Và Mô Phỏng Robot Trong Gia Công Bằng Tia Laze
Tác giả Phạm Ngọc Hải
Người hướng dẫn PGS.TS Phan Bùi Khôi
Trường học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản 2016
Thành phố Hà Nội
Định dạng
Số trang 96
Dung lượng 9,29 MB

Nội dung

B D VÀ T Ộ GIÁO ỤC ĐÀO ẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC B KHOA HÀ NÁCH ỘI PHẠM NGỌC HẢI KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC VÀ MÔ PHỎNG ROBOT TRONG GIA CÔNG BẰNG TIA LAZE LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội 2016 Tai ngay!!! Ban c[.]

Trang 1

B Ộ GIÁO ỤC D VÀ ĐÀO ẠO T

TRƯỜNG ĐẠI HỌC B ÁCH KHOA HÀ N ỘI

-

PHẠM NGỌC HẢI

KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC VÀ MÔ PHỎNG ROBOT

TRONG GIA CÔNG BẰNG TIA LAZE

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17062858041221000000 1b0858a2-acf5-4e66-84c6-3b0a34041d01

Trang 2

B Ộ GIÁO ỤC D VÀ ĐÀO ẠO T

TRƯỜNG ĐẠI HỌC B ÁCH KHOA HÀ N ỘI

-

PHẠM NGỌC HẢI

KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC VÀ MÔ PHỎNG ROBOT

TRONG GIA CÔNG BẰNG TIA LAZE

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS PHAN BÙI KHÔI

Trang 3

tài: Khảo sát động học và mô phỏng robot trong gia công bằng tia laze

Chuyên ngành: Công ngh ch t o máy

Mã s : CB140308

a riêng tôi Các ktrong lu

li u nào./

t

Người viế

Phạm Ngọc Hải

Trang 4

2

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

DANH M C CÁC B NG Ụ Ả BIỂU 4

DANH M C CÁC HÌNH VỤ Ẽ, ĐỒ THỊ 5

LỜI MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 12

1.1 ng d ng robot trong gia công b ng tia laze 12

1.1.1 Robot công nghi p 12

1.1.2 ng d ng robot công nghi

1.1.3 ng d ng robot trong gia công b ng tia laze 22

1.2 C ng h c robot gia công b ng tia laze 37

1.2.1 C u trúc chung c a robot công nghi p 37

1.2.2 C u trúc chung c a robot gia công b ng tia laze 39

u ch p hành c a robot gia công b ng tia laze

kh ng h c robot

1.3.1 T thu n nh t và ma tr n bi i t thu n nh t

pháp Denavit-Hartenberg 46

n truy n bi i t th Hartenberg 47

CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT ĐỘNG H C ROBOT TRONG GIA CÔNG BỌ ẰNG TIA LAZE 49

2.1 Các h t a kh o sát, các tham s ng h c 49

2.1.1 Các h t kh o sát 49

2.1.2 Các tham s ng h c Denavit-Hartenberg 50

2.1.3 Các ma tr n bi i t thu n nh t Denavit-Hartenberg 50

2.2 Thi t l ng h c robot

2.2.1 Ma tr n tr ng thái khâu thao tác theo tr ng thái thao tác gia công công ngh 51

2.2.2 Ma tr n tr ng thái khâu thao tác theo c ng h c 52

Trang 5

3

ng h c robot

ng h c robot

ng h c thu n

ng h c

gi ng h c

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG ROBOT GIA CÔNG BẰNG TIA LAZE 59

3.1 Thi t k mô hình c u trúc robot gia công b ng tia laze 59

3.1.1 Các ph n m m thi t k 59

3.1.2 Thi t k c u ch p hành c a robot

3.1.3 T o d li nh d ng c u trúc robot 63

3.2 Tính toán quy lu t chuy ng c a robot 64

3.2.1 Gi i thu t tính toán 64

3.2.2 L p trình b ng ngôn ng Maple 65

3.2.3 Mô ph ng s các k t qu tính toán 69

3.3 Mô ph ng ho ng c a robot 86

3.3.1 Thi t k giao di ô ph ng robot

3.3.2 C

3.3.3 Mô ph ng ho ng thao tác c a robot 92

KẾT LU N Ậ 93

TÀI LI U THAM KHỆ ẢO 94

Trang 7

5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ TH Ị

b trí robot ph c v nhi t luy

làm vi c c a robot trên dây chuy n hàn v ô tô Toyota

Hình 1.4 Robot ph c v máy ti n bán t ng 18

u phân ph i ph

b trí robot ph i h p làm vi c trên dây chuy n t ng

Hình 1.7 Dây chuy n máy phay t ng có hai robot ph c v 20

Hình 1.8 T l phân b v lo i công vi c dùng robot 22

phân b t l các lo i robot v i các lo nhau 22

Hình 1.10 Nguyên lý gia công chùm tia laze 23

Hình 1.11 Nguyên lý gia công chùm tia laze. 25

Hình 1.12 C t b ng tia laze 26

Hình 1.13 Máy gia công b ng tia laze trên m t ph ng 34

n c t hình b ng máy laze

Hình 1.15 C n 1 máy gia công b ng tia laze 3

Hình 1.16 Các s n ph c gia công b ng máy laze 35

Hình 1.17 Các tay máy ng d ng gia công b ng tia laze 36

Hình 1.18 Robot gia công b c g Hình 1.19 C u trúc chung c a robot công nghi p 38

Hình 1.20 Ví d v các k t c u modun 39

Hình 1.21 C u trúc chung c a robot gia công b ng tia laze 40

Hình 1.22 Mô hình 3D c a robot ba b c t do 41

n hình v Hình 1.24 Kh o sát v t B trong h quy chi u 43

Hình 1.25 G n các khâu c a robot theo tr c d c các kh p 46

Hình 1.26 Khâu c a robot d ch chuy n theo tr c d c kh p 47

Hình 2.1 H tr c t c c t do

Trang 8

6

Hình 3.1 Giao di n SolidWorks 60

Hình 3.2 Các lo i tài li u trong SolidWorks 61

Hình 3.3 Hình v 3D chi ti c g n v i giá c nh

Hình 3.4 Hình v 3D chi ti t khâu 2 c a robot laze 62

Hình 3.5 Hình v 3D chi ti t khâu 3 c a robot laze 62

Hình 3.6 Hình v 3D chi ti t khâu 4 c a robot laze 62

Hình 3.7 Hình v 3D chi ti t khâu 5 (khâu thao tác cu i) c a robot laze 62

Hình 3.8 Xu t d li nh d ng STL

Hình 3.9 Màn hình giao di a hãn Hình 3.10 Mô hình robot laze gia công l tròn trên b m t n m ngang c a v máy 70

Hình 3.11 th bi u di n quy lu t chuy ng c

Hình 3.12 th bi u di n quy lu t v v n t c chuy ng c Hình 3.13 th bi u di n quy lu t v gia t c chuy ng c a

Hình 3.14 th bi u di n v trí các khâu thao tác 72

Hình 3.15 th bi u di n v n t c các khâu thao tác 73

Hình 3.16 th bi u di n gia t c các khâu thao tác 73

Hình 3.17 th bi u di n v trí khâu 1 74

Hình 3.18 th bi u di n v n t c khâu 1 74

Hình 3.19 th bi u di n gia t c khâu 1 74

Hình 3.2 th bi u di n v trí khâu 2 75

Hình 3.21 th bi u di n v n t c khâu 2 75

Hình 3.22 th bi u di n gia t c khâu 2 75

Hình 3.23 th bi u di n v trí khâu 3 76

Hình 3.24 th bi u di n v n t c khâu 3 76

Hình 3.25 th bi u di n gia t c khâu 3 76

Hình 3.26 th bi u di n v trí khâu 4 77

Hình 3.27 th bi u di n v n t c khâu 4 77

Hình 3.28 th bi u di n gia t c khâu 4 77

Trang 9

7

Hình 3.29 th bi u di n v trí khâu 5 78

Hình 3.3 th bi u di n v n t c khâu 5 78

Hình 3.31 th bi u di n gia t c khâu 5 78

Hình 3.32 th bi u di n v

Hình 3.33 th bi u di n v n t

Hình 3.34 th bi u di n gia t

Hình 3.35 th bi u di n v trí theo ph a

Hình 3.36 th bi u di n sai l ch v trí theo ph a

Hình 3.37 th bi u di n v trí theo ph a

Hình 3.38 th bi u di n sai l ch v trí theo ph a

Hình 3.39 th bi u di n v trí theo ph a

Hình 3.4 th bi u di n sai l ch v trí theo ph a

Hình 3.41 th bi u di n v n t c theo ph a

Hình 3.42 th bi u di n sai l ch v n t c theo ph a

Hình 3.43 th bi u di n v n t c theo ph a

Hình 3.44 th bi u di n sai l ch v n t c theo ph a Hình 3.45 th bi u di n v n t c theo ph a

Hình 3.46 th bi u di n sai l ch v n t c theo ph a

Hình 3.47 th bi u di n gia t c theo ph a

Hình 3.48 th bi u di n sai l ch gia t c theo ph a

Hình 3.49 th bi u di n gia t c theo ph c a

Hình 3.5 th bi u di n sai l ch gia t c theo ph a

Hình 3.51 th bi u di n gia t c theo ph a

Hình 3.52 th bi u di n sai l ch gia t c theo ph a

Hình 3.53 H t c g n v i khâu 1 c a robot 87

Hình 3.54 H t c g n v i khâu 2 c a robot 88

Hình 3.55 H t c g n v i khâu 3 c a robot 88

Hình 3.56 H t c g n v i khâu 4 c a robot 88

Hình 3.57 H t c g n v i khâu 5 (khâu thao tác cu i) c a robot 88

Trang 10

8

Hình 3.58 Tùy ch n hi u ch nh d ng *.STL

Hình 3.60 Giao di n ch ng d n t i file c u trúc robot 91 Hình 3.61 Giao di n ch ng d n t i file d li u mô ph ng robot 91

Trang 11

1-Tính cấp thi t cế ủa đề tài

Ngành công nghi p th gi i qua nhi u cu c cách m ng trong quá kh

Trang 12

làm truy n th ng, k t qu mô ph ng, s m b o tính khách quan c a v

4-Ý nghĩa của đề tài

Trang 14

12

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ng d ng robot trong gia công b ng tia laze Ứ ụ ằ

1.1.1 Robot công nghiệp

Robot công nghi p c ng d ng r t r ng rãi và ph bi n trên th gi i, nó

có th tham gia vào các quá trình s n xu t, s a ch a, ch t o trong t t c các ngành

p, nông nghi p, y h1.1.2 Ứng dụng robot công nghiệp trong gia công cơ khí

a M c tiêu ng d ng robot công nghi p (Nguy n Thi n Phúc, 2002)

- Robot có th th c hi c m t quy trình thao tác h p lý b ng ho

th lành ngh m t cách nh trong su t th i gian làm vi c Vì th robot có th góp

ph m theo yêu c u c a th ng c nh tranh

- Kh m giá thành s n ph m do ng d ng robot là vì gi

Trang 15

13

ng, c ng các kho n ph c p và b o hi m xã h i Theo s li u c a Nh t Bthì n u m t robot làm vi c thay th i th thì ti n mua robot ch b ng ti

r i t ng hóa và robot hóa chúng khi c n thi quy

robot hóa cho c dây chuy n công ngh ho c ch m

ng xem xét các m t sau:

- Nghiên c u quá trình công ngh c robot hóa và phân tích toàn b h

và n u hi u qu tính ra cho toàn b h th ng không th hi n rõ thì vi

nh ng nguyên công nào thì ph i xem xét kh u robot có thay th

không và có hi u qu

ng thay th hoàn toàn b ng robot th c t không hi u qu b ng vi c gi l i m t

Trang 16

14

hi

Trang 18

16

ti p t c nâng lên t i v trí (7) và quay sang v trí xu t phát (8) ch tín hi u m máy

ngo i tín hi u t LS1, LS2, LS3 báo v trí cao nh t c

i c a thi t b nâng phôi

- Các quá trình hàn và nhi t luy ng bao g m nhi u công vi c n ng

robot công nghi p

Trên Hình 1.2 gi i thi b trí robot ph c v vi c nhi t luy

nhi t luy n: 1 v trí trong lò; 2 v trí ch vào lò nung; 3 v trí l y t

chuy n; 4 v trí trên máy ép; 5 v

c s d ng ph bi n nh t là trong vi c t ng hóa quá trình hà

c bi t trong k ngh ô tô Trên Hình 1.3 làm vi c c a robot trên dâchuy n hàn v ô tô Toyota (Nh t B n)

Trang 19

17

Khi s d ng robot trong vi c bi t là hàn h quang v i m i hàn ch

kho ng cách c n c c so v i m t ph ng c a m i hàn Nhi m v

liên h ph n h i Kinh nghi m cho th y r ng có th th c hi n t t công vi c hàn n u

tra và hi u ch nh Ngoài ra robot hàn còn phát huy tác d ng l n khi hàn trong nh ng

c bi t

i ta s d ng robot ch y u vào các vi c tháo l p phôi và s n ph m cho các máy

n bán t

d ng d ng robot ph c v máy ti n bán t ng gia công các tr c bé Robot RBM

Trang 20

18

ch t b ng th y l c R i sau khu gia công xong l i tháo chi ti t x

Trên tay máy l p hai bàn k p, dùng cho phôi và dùng cho s n ph m Các con s trên

t hi n nhi u dây chuy n t ng g m các máy v

Trang 21

thi t b phân ph i ph Trên Hình 1.5 gi i thi u m t lo u phân ph i (3)

các chi ti t

Trang 22

20

Hình 1.7 Dây chuy n máy phay t ng có hai robot ph c v

Trang 23

robot công nghi

dây chuy n t ng linh ho t

v y ngày nay h SXLH thu hút s chú ý không nh ng c phát tri n và ngay

Trang 24

22

Hình 1.8 T l phân b v lo i công vi

c dùng robot

c: 18,3 m: 14,7%

Robot Association) và bi t l phân b v các lo i công vi c s drobot Còn Hình 1.9 là bi phân b t l các lo i robot s d

Nh t B n (JIRA

u vì s ng c a các ti n b k thu t v (mechatronics) và t gi m giá nhanh c a thi t b vi x lý

1.1.3 Ứng dụng robot trong gia công bằng tia laze

a.Gi i thi u v gia công b ng tia Laze

Laze là t vi t t t c a c m t ti ng Anh (Light Amplification by Stimulated

Trang 25

vi c h i t tia laze t i m t di n tích nh n 1/100 mm2), tia laze có th t

ng t

t c v t li u k thu t nào Gia công laze không cho phép bóc tách v t li u v i

ti p xúc và không mòn

b.H th ng gia công laze

Hình 1.10 Nguyên lý gia công chùm tia laze

t o ra tia laze là b ph n quan tr ng nh t

u phát laze ho

b ng khí xenon) bao xung quanh nó Thành trong c a bu ng ph n x có tính ph n x

Trang 26

24

c t p trung vào thanh v t li u t o laze t

t t p trung vào v t li u gia công làm v t li u này b nóng ch y, b

ng laze có th liên t c ho c d ng xung và nó có th u ch

Trên th c t , laze có b n lo i là laze r n, laze l ng, laze khí và laze gama

n là thông d ng nh t Các lo i laze ph bi n trong công ng

H ng ng c 694,3 - Th r n; d ng xung; công su t 5W; là laze s d ng

Khí; d ng xung; sóng liên t c; d i công su t r ng r

n hàng ch c kW; dùng r ng rãi cho gia công v

li u; thích h p v i v t li u phi kim lo i

Kr 647,1 Ion; dùng trong ph u thu t, kính quang ph Raman

Excimer 200-500 Ion; d ng xung; tia d ng hình ch nh

1-1000 mJ

He Ne- 632,8 Sóng liên t c; công su t 0,5-50mW

Trang 28

26

- Khi t p trung tia laze vào v trí gia công c n ch n h th ng quang h c và

tiêu c c a h th ng quang h c và s xung laze

n sau:

này thành nhi

t nóng v t li u gia công t i nhi có th phá h ng v t li

n này ng v i quá trình truy n nhi t trong v t r n tuy i b gi i h n v

ng c a chùm tia k t b m t tác d

này ng v i quá trình truy n nhi t mà b m t tác d

d ng c a chùm tia laze + V t li u gia công ngu i d n sau khi chùm tia laze tác d ng xong

Hình 1.12 C t b ng tia laze

Trang 29

27

Quá trình bóc tách v t li u trong gia công b ng tia laze di n ra t i v trí tia

p vào v t li u gia công Quá trình này có th

nh khí th i vào vùng gia công

d Thi t b và d ng c

* Các lo i Laze :

Theo T p chí Logaritvietnam (2011), có nhi phân lo i Lase

bán d n, ze l ng và laze khí la

- ze bán d n: La

ng ho t tính c a laze bán d n là các bán d n lo i N hay lo i P

thuy t, hi u su t c a các lo i laze bán d n có th t t i 100% Tuy nhiên, trên th c

t hi u su t c a lo i laze này ch n 70% Vi c ch t o lo i laze bán d

l m T t nhiên, so v i các lo i laze laze khí (hi u su t 20%), laze r

lo i laze bán d n còn nh so sánh v i các lo i laze khí hay laze tinh t

Trang 30

28

crôm và uranium V t li ng dùng là h ng ng c nhân t o

m c a lo i laze r n là hi u su t th p, ch c 5÷7% Tuy nhiên, lo

phát x laze trong ch t khí r t cao Laze excimer là laze khí dùng trong vi gia công,

su t khá cao, có th sánh vai cùng các lo i laze r n v i h p ch t nêodim Hi n nay

Trang 31

29

lo i laze ng có th cho công su t trung bình g n 500 W ch xung, và

ch

Tuy nhiên, ch t l ng oxít clorua selen là m t lo i ch c, có h

c v i nó ph i tuân theo nhi u bi n p

su t khá cao, có th sánh vai cùng các lo i laze r n v i h p ch t nêodim Hi n nay

lo i laze ng có th cho công su t trung bình g n 500 W ch xung, và

ch

Tuy nhiên, ch t l ng oxít clorua selen là m t lo i ch c, có h

c v i nó ph i tuân theo nhi u bi n p

Trang 32

30

c sóng m

* C u t o máy laze :

- Nguyên lý c u t o chung c a m t máy laze g m có: bu ng c ng

ch a ho t ch t laze, ngu n nuôi và h th ng d

m t ph n x t n ph n các photon khi bay t i, m t kia cho m t ph n photon qua m t

ph n ph n x l i làm cho các h t photon va ch m liên t c vào ho t ch t laze nhi u

l n Tính ch t c a laze ph thu c vào ho t ch

ch phân lo i laze

m:

- D ng c không ti p xúc v i chi ti t gia công; không có mòn d ng c

- L c tác d ng lên chi ti t gia công r t nh (có th b qua)

- T gia công r t nhanh

- D t ng hóa vi u khi n quá trình gia công

m:

- Giá thành thi t b cao

- Khó gia công các l sâu không thông

- l i các kim lo i trên mi ng h gia công nên c n làm s ch chúng

Trang 33

31

f ng d ng c a gia công laze

* Khoan laze

laze không c n d ch chuy n mà ch ng yên và th c hi n khoan V i khoan c t, l

Khoan d ng th c hi n b ng laze Nd-YAG vì công su t xung c a lo i này

dài xung v i c hai lo i laze CO2 và laze Nd- ng nh

Trang 34

n chi ti t gia công t n 15 mm tùy theo lo i laze, thi t k c u phun và

ng khí Kho ng cách này v i laze Nd- ng là 5 mm

5000W Trong ch xung, công su

lo i vì khi này yêu c u công su t t c th 2 công su t khi c t i laze CO

Trang 35

c b ng cách dùng th u kính tiêu c l n V ng kính tia laze t

25mm có th ch n th

- V i laze CO2dùng tiêu c c t kim lo i dày t i 6mm Th u kính

hay 250 mm hay dùng cho v t li u có chi u dày l

- V i laze Nd-YAG hay dùng th u kính có tiêu c là 100 mm khi c t kim

t i phôi tùy theo lo i laze t n 1,5 mm v i laze CO2và t i 5 mm v i laze

* Kh c laze

c b ng laze là quá trình t

lên v t li u c n kh c Kh c b ng laze là ng d ng ph bi n nh t c a công ngh laze và

nó chi m 20% th ph n ng d ng c a t t c các ng d ng laze

c b ng laze có th c hi n trên h u h t các v t li u Kh

kh c thông tin s n ph m, t o bi ng c a hãng, kh c ngh thu t

Các lo kh c g m laze Nd-YAG, laze CO2 và laze excimer

Trang 36

thao tác t i v trí gia công v i 3 b c t do di chuy n

Hình 1.13 Máy gia công b ng tia laze trên m t ph ng

Trang 37

35

Hình 1.14 mô t n c t hình trên thép t m các chi ti t là l tròn Trên

và hình d ng ph c t p theo yêu c u b ng robot ng d ng tia laze

Trang 38

36

Trên Hình 1 7 là các robot có ng d ng tia laze hi.1 i v i sáu b c t do có

th gia công linh ho t t i các v trí hình d ng phôi gia công ph c t p Hình (a) là hai tay máy robot ph i h p ho ng v i nhau cùng gia công m t chi ti t b

u khi n; Hình (b) là công ngh v i b n tay máy trong dây chuy n gia côn

Hình 1.17 Các tay máy ng d ng gia công b ng tia laze

Trang 39

37

Thay vì s d ng các máy truy n th

i các c u trúc robot tùy theo yêu c u c a gia công, ch t o các s n ph m, ch

1.2 Cấu trúc động học robot gia công b ng tia laze ằ

1.2.1 Cấu trúc chung của robot công nghiệp

Trên Hình 1.19 gi i thi u các b ph n ch y u c a robot công nghi p lo i

Trang 40

Tr c ti p liên h v i bàn k p là các d ng c (tools) thao tác v

ng làm vi c

thân c t là thân giá, mang trên mình cánh tay ngang Trên cánh tay này, t m v i c a

Ngày đăng: 02/02/2024, 00:06

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN