Nghiên ứu thiết kế quỹ đạo huyển động ho robot hàn ống dẫn dầu khí

Bậc tự do của robot.

LỜI CAM ĐOAN

H và tên: Nguy n Ng c Anh  

 Xí nghi p khai thác d u khí  

tài:

Nghiên c u thi ứ ế t kế quỹ đạ o chuy ển độ ng cho robot hàn ng d n d u khí” ố ẫ ầ

Chuyên ngành: Công ngh tch o máy

              

ng d n t n tình c a PGS.TS Phan Bùi Khôi Các s k t qu trình bày trong lu n       

c công b trong b t kì m  t tài li u nào 

Hà N i ộ , tháng 3 năm 201 4

Ngườ i vi t ế

Nguy n Ng c Anh ễ ọ

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

d2; d4 Chuyng t nh n  ti

n S khâu c a robot bao g m c giá c      nh

 bc t do ca mt vt rn không ch u liên k t trong không gian làm  

vic ca robot

M C L C Ụ Ụ

L ỜI CAM ĐOAN 2

DANH M C CÁC KÝ HI U, CÁC CH Ụ Ệ Ữ VIẾ T T T Ắ 3

DANH M C CÁC BÀNG, HÌNH V Ụ Ẽ 8

CHƯƠNG 1: TỔ NG QUAN V ROBOT Ề 4

1.1 GI I THI U CHUNG V ROBOT   4

1.1.1 Bc t do c a robot  5

ng công tác vùng làm vi c ca robot 7

 13

1.2.1 Hàn h quang  14

1.2.2 T chc ca kim lo i hàn  15

1.2.3.t h n: 16

1.2.4 Mn .17

1.2.5 Các tham s c a quá trình hàn h     18

 n 18

n áp h quang 19 

1.2.8 T di chuy n (v n t c hàn)    19

 dài h quang 19 

1.3.C U TRÚC CHUNG C A ROBOT HÀN  19

1.3.1 B u khi n    20

1.3.2 Ngu n d ng 20

1.3.3 Súng hàn 21

1.3.4 Ngun 22

1.3.5 B làm s ch súng hàn   22

1.3.6 B c p dây   22

1.3.7 Khung hàn, tay hàn 23

1.3.8 B nh tâm, c m bi n     23

1.4 M T S  LOI ROBOT HÀN 23

1.4.1 Gi i thi u m  t s robot hàn 23

1.4.1 Kt c u c a robot hàn ng d u khí   25

1.4.2 Bc t do chuyng c a robot hàn  ng d u khí  28

1.4.3 Thông s  ng hàn và d c tính k thu  t ca Robot hàn 29

1.5 NG D NG ROBOT HÀN TRONG NGÀNH D  U KHÍ 30

1.5.1 Công tác lng ng d n d u khí     Vit Nam 30

1.5.2 Công ngh khai thác d u khí    Vi t Nam 31 

CHƯƠNG 2: TÍNH ĐỘ NG H C ROBOT HÀN NG D N D U KHÍ Ọ Ố Ẫ Ầ 32

2.1 C U TRÚC, B C T DO C A ROBOT HÀN NG D N D U KHÍ       32

2.1.1 Cng h c  32

2.1.2 Bc t do chuyng c a robot hàn  ng d u khí  33

 LÝ THUY T KH NG H C 34 

2.2.1 Các t thu n nh t, ma tr n bi   i thu n nh t 34  

2.2.3 Cách xây d ng h  trc t  theo Denavit-Hartenberg 37

2.2.4 Các tham s ng h c Denavit-Hartenberg    39

2.2.5 Các ma tr n Denavit-Hartenberg  39

2.3 THI T L P H    NG H C C A ROBOT HÀN NG D U KHÍ 40  

2.3.1 Các h t a  40

nh ma tr n truy n 42  

2.3.3 Thit lng h c robot 44

2.4.1 Bài toán thu n v v   trí 45

2.4.2 Bài toán thu n v v n t c     46

2.4.3 Bài toán thu n v gia t   c 48

2.4.4 Thu t toán gi i bài toán thu n    48

2.5 Ging hc thun vào mô hình robot hàn ng d n d u khí   49

CHƯƠNG 3: THIẾ T K QU Ế Ỹ ĐẠ O CHUY ỂN ĐỘ NG CHO ROBOT HÀN Ố NG D N D U KHÍ 59 Ẫ Ầ 3.1 QU  O CHUYNG CHO KHÂU CUI CA ROBOT 59

3.1.1- H to  59

o chuyng c a robot 59 

3.2 KHNG H C ROBOT 60

c v v  trí 60

c v v n t c 63   

c v gia t c 65  

u chng vector sai s 65 

NG L C H C: 66

3.4 TÍNH TOÁN BIÊN DNG HÀN 68

3.4.1 Mô hình toán hng gia công 68

K T LU N Ế Ậ 81

TÀI LI U THAM KH O Ệ Ả 82

DANH MỤC CÁC BÀNG, HÌNH VẼ

B ng 2.1 Các tham s D-H   42

Hình 1.1 Tr ng công tác c a Robot 7

Hình 1.2 Tay máy t góc 8

Hình 1.3 Tay máy t  các 8

Hình 1.4 Tay máy t tr 9

Hình 1.5 Tay máy t c u  9

Hình 1.6 Tay máy kh p b n l   10

Hình 1.7 Kh p quay  10

Hình 1.8 Kh 11

Hình 1.9 Kh p tr   11

Hình 1.10 Kh p ren (kh p vít me)   12

Hình 1.11 Kh p c u   12

Hình 1.12 Kh p ph ng 13

Hình 1.13 Khng 13

Hình 1.14 Hàn h  n 14

Hình 1.15 Robot hàn 24

Hình 1.16 Robot hàn IRB 1410 ArcPack 24

Hình 1.17 Robot hàn ti xng th c hành c  i h c bách khoa Hà N i 25

Hình 1.18 C u trúc c khí robot hàn ng d n d u khí      25

Hình 1.19: Mô hình khâu 0 (ray d n h ng)   26

Hình 1.20 Mô hình khâu 1 26

Hình 1.21: Mô hình khâu 2 27

Hình 1.22: Mô hình khâu 3 27

Hình 1.23: Khâu 4 27

Hình 1.24: Khâu 5 28

Hình 2.1: Mô hình robot hàn ng d n d u khí    32

Hình 2.2: S ng h   c ca robot hàn ng d n d u khí   33

Hình 2.3 S chuy n tr   c t  35

Hình 2.4: Các góc quay Roll-Pitch và Yaw c a Robot  36

Hình 2.5: Các h t  g n cho robot  40

ng h c thu n   49

Hình 2.9: Qu o chuy  ng c 51

Hình 2.10: T khâu thao tác theo tr c X  51

Hình 2.11: T khâu thao tác theo tr c Y  52

Hình 2.12: T khâu thao tác theo tr c Z  52

    th v n t c theo phng X 54

    th v n t c theo phng Y 54

    th v n t c theo phng Z 55

    th v n t c góc theo phng X 55

    th v n t c góc theo phng Y 56

    th v n t c góc theo phng Z 56

  th gia t  u hàn theo phng x 57 

  th gia t  u hàn theo phng Y 57 

  th gia t  u hàn theo phng Z 58 

Hình 3.1: Mô t  ng hàn khi robot thc hi 68n Hình 3.2 Qu o khâu thao tác   69

Hình 3.4 Qu o chuy  ng khâu 1 71

Hình 3.5 Qu o chuy  ng khâu 2 72

Hình 3.6 Qu o chuy  ng khâu 3 72

Hình 3.7 Qu o chuy  ng khâu 4 73

Hình 3.9 Qu o chuy  ng khâu 5 73

    th v n t c khâu 1 74

    th v n t c khâu khâu 2 74

    th v n t c khâu 3 75

    th v n t c khâu khâu 5 75

  th gia t c khâu 1 76

  th gia t c khâu 2 76

  th gia t c khâu 3 77

  th gia t c khâu 5 77

  th moment và l  t lên khâu 1 78 

  th moment và l  t lên khâu 2 78 

  th moment và l  t lên khâu 3 79 

  th moment và l  t lên khâu 4 79 

  th moment và l  t lên khâu 5 80 

M Ở ĐẦ U

S phát tri n c a khoa h c k thu t ngày càng phát tri n m nh m trên toàn         

cu khi n t   c ti n quan tr 

phn vào ving, gi m giá thành s n xu ng s n phm và h n ch t   phng th i t u ki n c i thi  ng làm vi c c c bing làm vi an toàn th p ho c có  

c h

n m nh m công nghi p hóa, hi c V m t k thu t, robot là m t s n ph      m tiêu bi u c a khoa h c công ngh     n t , là s tích h p c   

v c khoa h c công ngh     n  - n t , công ngh thông 

c ch t o, tích h p cùng b      u khi n c a nó Nh v y có kh        t n i v i

h thu khi n d dàng và thu n l i trong vi    c lu khin

Nh có nhit trc nghiên c u và ng  

d ng ngày càng r ng rãi và tr nên ph     bin  c phát tri n Nghiên c 

có th n m b t các thành t u c a th       gii trong vi c tri n khai ng d ng robot là    

m t yêu c u t t y    i v i các nhà khoa h c, các chuyên gia k thu  c

bit do vi c  nh p các s n ph m giá thành r    các

ng d ng khai thác t các s n ph m nh p kh u b h n ch , vi c nghiên c           có th    t ch t o robot là m t yêu c u có tính th i s     i v i các nhà chuyên môn, các chuyên gia k thu t c ta

Hin nay ngành d u khí Vi t Nam hi  n chuy n các s n ph  m

dc khai thác t các m d u ngoài th m l    a t các giàn khoan trên bi n

ch Hi Hùng, Cá Ng Vàng, Tê giác tr n chuy n khí t  ngoài m v  các nhà máy s n xu , D án khí Nam Côn 

ng ng d n d u khí Các k thu t hi n s d ng h u h         i Nga chuy, mt phc ngoài chuy n giao 

ngung thay th  ng hóa th ch m u m và các s n ph m c a nó v   ng quan tr ng nh t v i b t k      quc gia nào, vii Vi t Nam s m t ch trong công ngh và k thu t khai thác d u là v n         

 chic quan tr ng cho hi n t  

Lup trung phân tích các yêu c u v k thu   t ra v i robot hàn 

Sau m t th i gian tích c c h c t p và nghiên c        c s 

ng d n t n tình c a th y giáo PGS.TS Phan Bùi Khôi cùng v i vi c tham kh o       

m t s tài li u có liên quan, theo yêu c   n luc giao Tuy nhiên trong quá trình nghiên c u, không tránh kh i nh ng thi u sót, tôi    

r t mong nh c ý ki n góp ý c a quý Th y, quý Cô và b   ng nghi p 

Tôi xin chân thành cPGS.TS Phan Bùi Khôi, quý th y, quý cô trong 

Vi i H c   i h c Bách Khoa Hà N

ng d tôi hoàn thành lu

TÁC GIẢ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT

Robot là s n ph m tích h  p khoa h c và công ngh v    ph c t p cao

u tiên  c ng d ng trong công nghi p vào nh     thay th con 

i làm các công vi c n ng nh c, nguy hi   c h i Do nhu 

c u c n s d ng ngày càng nhi u trong các quá trình s n xu t ph c t p nên robot         công nghi p c n có nh ng kh      thích ng linh hnay, ngoài ng d u c a robot trong ch t o máy thì các ng d    ng

c kh e, nông nghi ng, an ninh quCó th k n m t s lo i robot      

c quan tâm nhi u trong th i gian qua là: tay máy robot (Robot Manipulators) là  

u g m các khâu, kh       hình thành các chuy   n, c tay (Wrist) t o nên s khéo léo và linh ho t và bàn tay    (hand) hoc ph n công tác m cu    c ti p hoàn thành các tr 

ng, ng (Mobile Robots), robot mô ph ng sinh h c (Bio Inspired Robots) và robot cá nhân (Personal Robots) vv

Tay máy robot bao g m các lo i robot công nghi p (Industrial Robot), robot   

y t (Medical Robot) và robot tr    i tàn t t (Rehabilitation robot) ng  

d ng ch y u c a robot công nghi p là hàn và l p ráp Theo th      n gn 25% robot công nghi p là robot hàn heo s u th (t li , có m t nhi u nht trong các nhà máy s n xu t xe       n t Trong nghiên c u này s t  p trung vào thit k qu  o chuyng cho robot hàn ng d n d u khí  

ging nhau s thích h    t ng hóa S  ng chi ti t c n hàn trong quá trình    ch  t o máy s quy nh xem có nên t ng hóa quá trình hàn hay không N u   chúng ta phu ch  các chi ti  p v i nhau ho c các m i hàn quá   

r ng ho các v trí c n hàn khác nhau trên m i chi ti t thì v c        t ng hóa s trnên r t hi

L i ích l n nh t c a t ng hóa cho vi hàn là       c t cao và chính xác và cao Ngoài ra hàn b ng robot còn   tin cy c a m i hàn, nhanh,  chính xác và gi m giá thành cho s n ph m c n ch t o M       c l p trình hp

lý, các robot s t o ra nh ng m   c

và quy cách Chuyng c dây que a   c t ng hóa s m ngu gi c

l i trong thao tác, gi m ph   phm và khng công vi c ph i làm l i do m i hàn    

b l i Robot không nh ng làm vi      hong liên tc suu qu  u so v i hàn th công b  ng tay Khi   c t ng hóa qu á trình hàn s  gi i công nhân kh i nh ng tác h i khi hàn    hít phc, h i m t, da do ti p xúc v   i b  c x h quang, b ng do v y hàn nóng  ch

1.1.1 Bậc tự do của robot

B c t   do c a tay máy chính là s  kh   a c l p c tay

 trong không gian ho  ng c a nó    c m i kh   ng (Có th là chuyng th ng d c theo ho c song song v i m t tr c, ho c chuy       ng quay quanh tr c) là m t tr   t t suy r xác

nh v trí c a tr c trong không gian ho  ng     

T c trên th  linh ho t c a tay máy s d ng trong công nghi p      c qui

nh b i s b c t do S b c t do chuy       ng cao c a tay máy càng cao thì kh  

 t c a nó càng t t Tuy nhiên s b c chuy   ng này n u l 

s không t t b i vì, v   i 6 b c chuy ng, n u b trí h p lý s t o ra kh        

  ng linh ho t theo m  ng   s b c t do l n   6 s không kinh t  u khin Sáu b c chuy  c b trí gm:

a Ba bậc chuyển động cơ bản (hay chuyển động định vị)

Nguyên lý c u t o c a tay máy là m t t p h     c liên k t v i nhau thông qua các kh hình thành m t chu ng h Kh ng hay

  c s d ng trên ng là các kh p lo i 5 (Kh p t nh ti n ho c kh p       quay lo    d ch  t o, d u khi n, và d d     ng b ng  các ngun 

ng c l p   n, khí hay th y l c Tay máy có s    b c chuy c l p

ng là t ba tr lên  

Các chuy c l p có th là các chuy ng t nh ti n ho c chuy   n

ng quay Mng trên tay máy, v nguyên t c, có ít nh t là m t kh      chuy  c l  ng là m  y khái ni m b c t do hay b   c chuykh c lp mà m t tay máy có th  thc hing h p m ng trên tay máy có m t kh   n

 c l ng s có b y nhiêu b c chuy   ng

ng y kh p hay tr c Các chuy     b n, hay chuyng chính trên m t tay máy là nh ng chuy  ng có ng quyn d ng hình h c  

c a không gian ho ng c a nó Các chuy ng này th c hi n vi c chuy n d    i

c tay c n nh ng v trí khác nhau trong vùng không gian ho  ng ca tay máy vì vc gi là các chuynh v 

vi  c v i v c thay th b i các d ng c    công ngh m  

Trong viu khi n   thu n ti n, mi bc chuyng c a tay máy 

ng là có ngu n d ng riêng, có th là ngu n khí nén, y l c   th  

b Ba bậc chuyển động bổ sung (bậc chuyển động định hướng)

Yêu c u c a m t tay máy là ph i có b ph n công tác trang b khâu tác      

ng cu i ( ng d    chuyng linh ho  m b o kh   hoàn thành nhi m v công ngh     có ng   t làm vic

v      n t i thi u ba b c c   huy chuyng xoay c a c   i, ba kh p lo   c s d xoay khâu tác

ng cu i trong m t ph ng ngang, m t ph ng th     ng và quay quanh tr c c a nó  

Các b c chuy ng xoay c  c g i là các chuy nh

ng nh t giúp tay máy có th d   ng c a 

ng cu  c n thi 

  va ch m  ng ng i v t trong không gian thao tác nh m   

c i thi n tính ch  ng l c h c c a tay máy Tuy v y u c      càng nhi u b c chuy  ng m t m   t c a tay máy, mt

 qu    d ch chuy n t 

s    u khi n v trí c  ng cui

s   chi phí và th i gian s n xu t và b   ng robot

S b c t do cc tính theo công th c sau: 

Hình 1.1 Trườ ng công tác c a Robot ủ

ng công tác c a robot (không gian ho ng c a Robot) là toàn b th   

c quét b i khâu ch p hành cu i khi robot th c hi n t t c các chuy       ng

có th Vùng làm vi c khéo léo là kho  ng cu i có th  

v i t i và khâu thao tác có th    ng khác nhau phù h p yêu c u  

ng có th b có v  t cn

Không gian ho  ng c a Robot có th   

Tay máy tgóc (hình 1.2)

Robot u này ki c dùng nhi Ba chuyng liên tiu

là các chuyng quay, tr c quay th   nht vuông góc v i 2 tr c kia, các chuy  n

ng quay ng công tác c a tay máy này thc ch là t m t ph cn a khi cu

Hình 1.2 Tay máy t ọa độ góc

Tay máy t  (hình 1.3) các

Còn có cách g i khác là ki u ch    nht, dùng 3 chuy n t nh tin

a các tr c h t    g c (c u hình T.T.T), cho phép ph n công tác  thc hi n m  c l p các chuyng th ng và song song v i ba tr c t   

ng công tác có d ng hình h p ch nh t, lo      c ng v ng cao 

do s  n v k t c u      m b o  u trong toàn b vùng làm vim l n nh t c a lo     linh hot không cao Ví d  c   t v n chuyn phôi li u, l p ráp, hàn trong m t ph   

Hình 1.3 Tay máy t ọa độ Đề các

Tay máy t tr

Khác v i tay máy lo i decac, i tay máy t  lo  ng khp th nht chuyng quay thay cho kht, Kh p t nh ti n n m ngang cho phép tay    

c khoang r ng n m ngang V   tính  cng vc

c a tay máy tr  t t, thích h p vi ti nm là khi tay máy ph i v i

 chính xác nh v góc trong m t ph  ng n m ngang gi m ng công tác ca robot có dng hình tr r ng Ví d   robot 3 b c t do, chình v 4 có nhi1 u robot kiu to tr a hãng AMF (M)

Hình 1.4 Tay máy t ọa độ trụ

Tay máy t a c u   

Nó c u t u tr b i kh p th 2 t nh ti     c thay b ng kh p quay ng công tác c a Robot có d ng hình c u r ng,       c ng vng

Tay máy kh p b n l và SCARA   

Là lo i tay máy có 2 kh p quay và m t kh   t, c 3 khu có trc song song v i nhau Robot này  nhng s  ng c a các quá trình s n xu  t Tên g i SCARA là vi t t t c   Compliance Assembly Robot A tay máy m m d o tùy ý Lo  ng dùng trong công vi c l p ráp Ba kh  p

u tiên c a Robot có c u hình R.R.T, các tr c kh   hình 1.6

Hình 1.6 Tay máy kh p b n l ớ ả ề 1.1.3 Các kh ớp đặc trƣng sử ụ d ng trong Robot

bot là m t h t ng linh ho t bao g m các h

bày trên, riêng xét v m  c thì robot là m t h  nhi  u v c g i là

c ghép l i v i nhau b ng các kh p Có 6 lo i kh p th p và hai lo i        khn thu máy và robot, c   th

a Khớ p quay (Revolute Joint- R):

Là lo i kh p cho phép hai thành ph n c   a kh p chuy  i v i nhau theo mt trnh b ng d ng hình hc ca kh p Kh p quay h n ch    

5 bc t doi gia hai thành ph n kh p Kh p quay còn g i là kh p b n l       

Hình 1.7 Kh p quay ớ

b Khớp lăng trụ (Prismatic- P):

Là kh p cho phép hai thành ph n c a kh    t v i nhau theo m t tr  c

nh b ng d ng hình h c c a kh p Kh      g là lo i kh p h n   ch 5 kh  i gi a hai thành ph n kh p Kh    còn

d Khớ p ren (Helical Joint – H):

Là lo i kh p cho phép hai thành ph n c a kh p chuy     ng quay quanh

m t tr ng th i t nh ti n theo tr c quay Tuy nhiên chuy    ng t nh ti n ph thu c chuy ng quay bc vít (vít me) p ren h n ch 5 kh    chuyng gi a hai thành ph n c  a kh p 

Hình 1.10 Kh p ren (kh p vít me) ớ ớ

e Khớ ầ p c u (Spherical Joint – S):

Cho phép hai thành ph n c a kh p th c hi n chuy      ng quay gi a hai khâu quanh tâm c u theo t t c       p c u h n ch 3 kh     chuyng gi a hai thành ph n c  a kh p 

Hình 1.12 Kh p ph ng ớ ẳ

g Khớp bánh răng phẳ ng (Gear Pair G) –

p, cho phép m t v i

m ti p xúc gi ng h n ch 4  kh ng

Hình 1.13 Khớp bánh răng phẳng

h Khớ p cam ph ng (Cam Pair Cp) ẳ –

Là kh c t o b i s chuy  ng ti p xúc gi a hai cam Kh p này h n ch     

b n kh   ng

1.2 CÔNG NGHỆ HÀN HỒ QUANG

Hàn là quá trình công ngh  c ng d ng r  t o và ph c hch   i các kt cu và chi tit bao g m: 

v i nhau M t mc to ra bt nóng kim lo i t m nóng ch y 

c không dùng l c tác d ng và kim lo  y Có nhi u quá trình hàn khác nhau, s d ng nhi u lo i ngu n nhi     chính là hàn h  i kháng)

 t c a công ngh hàn: Tiêu t n ít kim lo i, gi   ng, thit b n, rút ng n th i gian s  n xu t.

m c a công ngh hàn: Trong quá trình hàn x y ra s     oxi hoá m t s nguyên t , s h p th và hoà tan ch t khí c a b kim lo         nh i c a vùng ng nhi t K t qu thành ph n và c u trúc c a m i       hàn khác v i kim lo n Các bi n d ng c a k t c u gây b     i ng sulàm sai lc và hình dáng c a nó và  ng t  b n c a m i ghép  

c coi là khâu ph c t p nh t trong các quá trình ch t       t ng hóa quá trình hàn, cn ph i hi u nh ng nguyên lý khoa h ng sau nó

1.2.1 Hàn h quang ồ

Là s  n trong các khí áp sui m dòng

l n trong không khí d n áp th p gi n cc Hàn h quang 

i hai mi ng kim lo i b ng cách làm nóng ch y chúng ho c m t      dây kim lo i trung gian, nhi t sinh ra t m t h      n gi a các v u que hàn Qúa trình hàn có th c n ho c không c n kim lo    n c c có th là dây kim lo i t tiêu ho c que các-bon ha   -xtan không t tiêu Khi 

n c c không t tiêu, kim lo  y có th l y t m t dây kim lo i ph      

n c c t tiêu v  n hàn, v a nóng ch y kim lo i vào m i hàn 

Hình 1.14 Hàn h ồ quang điệ n

M t trong nh ng v   chính trong quá trình hàn là khi kim lo i nóng lên, chúng s  c v i không khí Có nhi t hàn khi không khí xung quanh Ni là hàn h quang 

 quang lõi thu c gi   khác  n c c   

K thu   n i các mi ng kim  lo các bình cao áp, ng

c ng, ng gas Hàn h               nhng k thu c dùng ph bi n  

-1.2.2 T ổ chức củ a kim lo i hàn ạ

Sau khi hàn kim loi  m kim lo i que hàn và m t thành ph  n kim lo i v t hàn) s ngu i và k t tinh t o thành m i hàn, vùng kim lo i v t hàn         quanh m i hàn do  ng c a tác d ng nhi t nên có s     i  cht c và tính ch t c a nó g i là vùng  ng nhi t Nghiên c u m i hàn b ng thép ít cacbon    qua kính hi n vi ta s y có nhi u thành ph n riêng có t  th   ch:

Vùng này kim lo i nóng ch y ho toàn, khi ngu i l nh có t ch  àn    ng t t  

chc thn và t  ch c khác v i kim lo i que hàn và v t hàn Vùng   sát v i kim  lon do t n nhi t nhanh, t   ngu i l n nên h t r t nh Vùng   tip theo kim lo     i s k c th ng góc v i m t t n nhi t t o nên      

dng nhánh cây kéo dài, vùng trung tâm do ngu i ch m, nên h t l n và có l n ch     t phi kim (x

ng ti hàn

2 Vùng quá nhi t 2: Là vùng có nhi   nung trên 1100°C và các ht ôstenit bu phát tri n m nh: Vùng này kim lo i có nh d o kém là vùng y   tí  u nht c a v t hàn

3 ng hoá 3: Là vùng có nhi 900-1100 t °C  ch c g m các

ht ferit nh và mt s  h t cao

4 Vùng k t tinh l i không hoàn toàn 4: Là vùng có nhi   770-900°C  T chc là các h t ferit to và ôstenit nh , vì th    m (do h t không 

u)

5 Vùng k t tinh l i 5: là vùng có nhi    500-700 T °C  chc gi ng t  chc kim lo i v     nhi này là nhi  bi n m m làm m t ni n    

ng bi n c ng (ví d làm m t s không cân b ng và kéo dài c a h t khi gia công        

áp l c ngu i) nên t   chc tính ch t c a kim lo i tr l i tr     u Vùng này

  c ng gi m, tính d 

6 Vùng dòn xanh 6: là vùng có nhi  <500 T °C  ch  c c u t o gi ng hoàn toàn kim i vlo ng nhi t nên t n t  i ng suy khi thí nghi m kéo m ng ch    n Chi u r ng c a vùng t   này ng nhi t ph thu c vào chi u dày v t hàn, ngu n nhi      u ki n thoát nhi t kh i vùng hàn  

Chi u dày v t hàn l n, ngu n nhi t hàn nh     u ki n thoát nhi t t t, chi   u

r ng vùng  ng nhi t nh     c ng kim lo c khi hàn, ngu i nhi ng, chi u dày v t hàn nh thì t     chc m i hàn vùng nh   

ng nhi t thô, chi u r ng vùng quá nhi       gi m tính d   dai va chm c a m i hàn và vùng lân c n m i hàn Hàn h quang b ng que hàn có thu c       

b c m ng và hàn t ng l    p thu c hàn có vùng  ng nhi t nh   nht Dòng

n càng nh , t  hàn càng l n, vùng  ng nhi t càng nh  

1.2.3 Các phương pháp hàn , cắt ồ quang cơ bản: h

hàn b ng tay và s d  n c c nóng ch (que hàn b c thu c y    y kim loi vào m i hàn 

2 TIG (Tungsteng Inert Gas - Hàn bn c c không nóng ch y trong khí  

o v , s d ng k   n c c không nóng chy là Vonfram

3 Hàn MIG/MAG (Melt Metal Inert Gas/Melt Metal Active Gas - Hàn bng

n c c nóng ch y trong khí b o v     khí ho t tính)  

bn c c nóng ch y (dây hàn) trong khí b o v là khí     c khí ho t tính 

t tính

4 Hàn plasma: Nhi  h quang trong hàn plasma cao lên t i 15. 000°C 20.000°C quang trong hàn t do có d ng hình côn trên chi ti t, h   

hàn, nên các mép hàn v t dày không c n vát mép l n Hàn h quang plasma có th     

k t n i các kim lo  u khác nhau: Nhôm và h p kim titan, thép cacbon thp và thép không gng thau, niken và các v t li ng d ng v i  chúng

5 C t plasma : ng (c t oxy, ct h n) ch cho phép c t thép cacbon th p và th h p kim th p không th c  ép    c gang, thép h p kim cao,  ng và các h p kim c a chún Nguyên lý c t plasma d  g  a trên s t n d ng nhi     r t cao và t truyng l n c a khí t    ming phun

c làm nóng ch y và th i kim lo i kh i rãnh c     t ng

s d ng h n h p khí 65% Ar + 35%H2; 80%N2+20%H2 Khi ng d ng ch        thích h p mép c t ph ng không s     t o mép c t vuông góc c n gim t  

c t Chng c t pa sma ph thu la   n, khí s d ng , t

c t và kho ng cách t v   t ti m  c t plasma

1.2.4 M ạch hàn cơ bả n

H   c t o ra a khe h khi chgi  n c c vào v t hàn r i nh c ra    

n gi ti p xúc g n H quang sinh ra nhi     kho ng 3600°C t u que hàn Nhi t này làm nóng ch y c kim lo i n    n c c, t o ra m  i nóng chn c c di chuy n t  i v trí ti p theo d c m i hàn   Trong qua trình hàn nóng ch y, quá trình hóa lý x y ra trong kim lo    

n kim ví d : quá trình oxy hoá, kh oxy, cháy h p   ch t h p kim, h p kim hoá m riêng c a nó Khi hàn h quang  kim lo i b   chy ra r t nhanh (kho ng kim lo i b nóng ch y r   t nh (hàn h quang tay kho ng 8cm3) nhi   kim lot nhi u 

so v i các lò luy n Sau khi hàn xong kim lo i vùng hàn do ti p xúc v i kim lo     i vt

hàn nên ngu i l nh r  m trên nên quá trình hoá lý không

th th c hic tri 

1.2.5 Các tham s c a quá trình hàn h ố ủ ồ quang khí trơ

Trong các quá trình hàn h quang, có m t s tham s     ng t i kích 

ph n  ng v i các bi n ph c t p c a chính quá trình hàn         th p, dòng m t chi u hi u qu     hàn các t m kim lo i m ng H u h    n cc

có l p thu c ho   ng t t nh t v    c (phân c c), cho kh  xuyên sâu nhc li to ra t nóng ch

ng v   l p kim lo i n    càng l   xuyên th u càng sâu 

 cao có th d n t i các v    u v y hàn, quá nhi t ho c n t    

n c c 

1.2.7 Điệ n áp h quang ồ

n áp h quang tha

hình d    r ng c a ng n l a h      n áp càng cao thì ng n l a h   quang càng r ng và d t Phn áp quá cao vì nó gây ra nn áp thp sinh ra h quang h 

1.2.8 T ố c đ ộ di chuy n (v n t c hàn) ể ậ ố

T di chuyn c c d c m i hàn có    ng tr c ti p t i hình d   ng ng   n l a h sâu nóng ch y, tính th m m (b m t), và s c nóng truy n       vào kim lo i n n T   di chuy n nhanh t ng hàn h p h 

máy là b  phng cu i (End    ng làm vic,   i v i Robot 

M  ng trên tay máy có ngu n d     ng và chuyng truyu khi tín hi u nh  c t

b phn ph n h i là các c m bi n nh m thông báo tr ng thái ho      ng c a các khâu ch      c bi c quan tâm là v trí và v n t c d ch    chuy n c a m hàn (khâu cu i), nó quy  nh chng c a m i hàn và là khâu  th   hi n k t qu t ng h p các chuy   ng c a các khâu thành ph n  nhng b ph n c u t   n nên robot hàn

1.3 1 Bộ điều khiển

B u khi  ng c u thành t các b    ph máy tính (B u khi n PC based) bao g m b x lý trung tâm, b        nh và b 

xut/nh p k t h p v    hi n th các l nh khi l  ng th i theo dõi s   i t trong d ch chuy n c a các khâu, t ó có s      ph   n h i l i b

x    u ch nh chuy ng h p lý Toàn b các ph  c b trí bên trong t u khi   c s p x p theo t ng modun g m các bo m   n

t Bên c   l p trình m t cách thu n ti n cho robot, các nhà ch t    ng

b trí m t Pa-nen k t n i song song, còn g i là b Teach pendant, v i phím b       thc hiu khi n tr c ti p chuy   ng c a các tr c trên robot trong  ch   l p trình hu n luy n (teaching mode) và bên trong là m t bo m ch k t n i      tr    c ti p v i b xu t/nhu hình c a b  u khi   c trang

b thêm m t b u khi n mô ph ng (simulator) có k t n i v i m ch xu t/nh           p

    h tr thêm cho công vic lp trình

Ngu n d m quan tr ng khác c a robot, ngu  n

d ng trong m t ch ng m       n không gian làm vi c c a

robot Ngoài vi i ngu n d ng (mà hi c ch t o theo t  ng

c giúp nhanh chóng ti ki u, d ng c   ph c v cho nhng yêu c u công vi c khác nhau C   th c phân ra:

Truyền động th y l củ ự : Tay máy là các xy-lanh th y l c chuy  ng th ng và 

  c s d ng trong các ng d ng có t  i trng l n

Truyền động khí nén: Robot lo  c s d ng trong các ng d ng

có t i tr ng nh có tay máy là các xy-lanh khí nén th c hi n chuy     ng thng

và chuyt nén nên Robot long s 

d ng trong các thao tác g t không c chính xác cao



Ngu n c        u khi    thng dùng ngu   c chuy         d ng

ng l bi n i này có thi t k g n, ch   nh v r t chính xác r t thích h     ng d ng cho Robot 

Súng hàn có th  c làm ngu i b c luân chuy n ho c không khí Quá trình  

 n c c t     h quang kim lo i khí ho c hàn h quang lõi   thu c, có th dùng ho c không dùng khí cách ly Các súng hàn có th d ng th ng       ho   ti p c n m i hàn d   

n c c t   c truy n t n c c khi nó chuy n  

ng qua súng Ch hai c a súng hàn là c p khí cách ly t i vùng hàn (n u    có) Hàn h quang kim lo i khí dùng khí ho  c h n h p

ng là Argon v i CO2 ho c ôxy  

B c   b sung kim loy trong quá trình hàn t ng  

u này cho phép linh ho t trong vi c thi t l p nhi u t       cphù h p v i nh ng yêu c u c c a t ng dây chuy     th   ng, b c p dây  

c m c trên cánh ta  c l p v i ngu n hàn V i hàn t ng, c n có m t       giao diu khi n gi a b u khi n robot, ngu n và b c p dây H ng c         th p dây hàn ph i phù h p v i quá trình hàn và ki u ngu    c s  d ng

Có hai ki ểu cơ bả n:

Kiu th nh t dùng ch  n c c t tiêu còn g i là b c p      

n cn c c là m t ph n c a m ch hàn, và kim lo i nóng ch y t  n         

c c l y vào m i hàn Có hai lo i c  n c c khác nhau Ngu n công su  t

 i c n m t b c p dây c    ó t  c i liên t c, còn ngui c  n t  ci trong su t quá trình hàn 

Ki u c p dây th hai g i là c p dây ngu   c dùng cho hàn h quang 

u khinh v robot ph  theo b  u khi n robot   

 c chuyng ph i h p t c thì c a nhi u tr c trong khi hàn      Tuy nhiên thao tác nâng h các b   ph  tha h ng robot r t t n th i gian và   

có th phi th c t S u qu    hi  u có hai hay nhi u khung gi trên m t b nh     

v v t hàn quay, m    h holin 

i ta còn ch t o thêm m t robor ph tr mang v t hàn có 4-6 b c t do        chuyng tích h p v i robot chính Hai robot làm vi c tích h p s h cho       trnhau tc bi t ch ng m i hàn m b o     không

b c hi n thành công h ng hàn t ng C m bi n cuth  th      phát hi n v trí th c t c a c nh v t hàn so v i khung robot, t        ng tâm công c so v i vt hàn

1.4 MỘT SỐ LOẠI ROBOT HÀN

1.4.1 Giới thiệu một số robot hàn

Robot có nh ng kh p quay, t nh ti có th có hai k t c u n i v i nhau r   n      t

n nh ng h th ng có t    t c i nhau Chúng có th   dù nh c các chi ti t nh v   chính xác cng dùng

 làm các nhi m v   p ráp

Hình 1.15 Robot hàn

Robot IRB 1410 ArcPack    c s d ng trong Nhà máy s n xu  

H i Hà, IRB 1410 ArcPack nhm nâng cao hi u q a s n xu t quá trình hàn các c    u ki n, l p ráp xe g n máy t i nhà máy H ng robot c a ABB l   th  t ti Hi Hà có

r t nhi u ích cho quá trình hàn M

 khôi ph c l  có th t ng tìm l v trí hàn b l   i    tip

tu này giúp tránh b b sót m i hàn khi h ng b l   th  i   u mà ch có robot ABB có th  c M  c AutoSave – robot t  p trình n u x y ra m  n, do vy giúp khách hàng ti t ki m th i gian l   ng h p b m  n

Hình 1.16 Robot hàn IRB 1410 ArcPack

Hình 1.17 Robot hàn t ại xưở ng thự c hành c ủa Đạ i họ c bách khoa Hà N i ộ 1.4.1 Kết cấu của robot hàn ống dầu khí

H u h ng l a ch n c u trúc chu   ng h c h Nhi u   loi robot hàn là c tay v i ba tr c kh p quay cu i cùng tính t bàn k p, có tr c        

ng quy t i m u này t o ra s thu n l i cho vi    ng khâu tác

ng cu i là m hàn khi ti p c    tao tác công ngh 

Mô t c u t o chi ti t: ả ấ ạ ế

Khâu 0:

V c   ng h c thì h ng vành ray d n và ng tr  th   , khâu 0 trong t ng th Robot MWR, c t vành ray d  th  c g n ch t vào ng tr    (có th tháo l p) V i b m    c gia công biên dtip xúc vc dng bp s ng gian.tru

`

Hình 1.19: Mô hình khâu 0 (ray d ẫn hướ ng)

Khâu 1:

Khâu c dng   i v i khâu 0 nh h   thnh v và d n

ng, H p gi m t c chuyên d ng là b truy      c l p trên

 ng 1 ho ng s truy  ng cho tr c vít d  ng cho H p gi m t c   chuyên dng  , p gi m t c tr c vít - bánh vít 2 c p, t s truy      n khong 1:2000

p gi m t c tr c vít - bánh vít làm vi c s d      kh p v i biên d trên ray d n

Hình 1 Mô hình khâu 1 20

Khâu 2:

Khâu th hai c u trúc   n v  (hình v 1.21), nó là m t thanh  

l p ráp vuông góc v i khâu 1 và t nh ti n theo tr c O     1Z1,  c t ch

t o có b    , tr c g n lên t  , t c b t vít vào thanh du thanh d n có b p v i tr c vít me c a khâu th    nht, do

ng s d ng t i tr c vitme, làm tr c vitme chuy   ng

 i vi c làm cho khâu hai chuy  ng t nh ti     ng khâu 2 c gn trên khâu 1

ng, khâu 4 quay quanh O3Z3 m4 Và trên khâu này s mang theo khâu 

chuyng d c theo tr c O  4Z4 Trong th c t    c l p ráp m t b vít me,   

  d ng cho khâu này ho  ng  

1.4.2 Bậc tự do chuyển động của robot hàn ống dầu khí

Theo lý thuy t m t v t th t do trong không gian ba chi u có 6 b c t do,        

n khâu c a robot bao g m c giá c nh     

 c t do c a m t v t r n không ch u liên k t trong không gian làm vi c c a        robot (  ,  ln ng v i không gian hai chi u và ba chi u)   

1.4.3 Thông số đường hàn và dặc tính kỹ thuật của Robot hàn

Robot hàn là m t thi t b      n t c tính c a nó bao 

g m nhi u thông s thu c các chuyên môn khác nhau    ng nhà s n xu t

s cung c  b n trong Catalog theo máy gm:

- T di chuy n c i theo a h quy chi

- Gii hn chuyng ca tng kh p trên cánh tay 

- Hin th không t i  

- H u hành  

- Kh t ni thit b ngo i vi 

c bi i v i K     i s d ng robot c n quy nh ch  công ngh g  u khi n máy 

1.5 ỨNG DỤNG ROBOT HÀN TRONG NGÀNH DẦU KHÍ

1.5 1 Công tác lắp ráp đường ống dẫn dầu khí ở Việt Nam

Trong v n t ng ng, các ng c l   ng s d ng robot t hành d   n

ng bng cho hàn ng v i kh     hành gii



