Thiết kế robot 6DOF dùng để hàn điểm trong sản xuất khung xe ô tô

Thiết kế cánh tay robot 6 DOF ứng dụng trong hàn điểm  i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ-BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ o0o LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ CÁNH TAY ROBOT ỨNG DỤNG TRONG HÀN ĐIỂM GVHD: TS. Phan Tấn Tùng SVTH: Lê Minh Chọn MSSV: 21000315 TP.Hồ Chí Minh, 12/2014 Thiết kế cánh tay robot 6 DOF ứng dụng trong hàn điểm ii Bộ Giáo Dục và Đào Tạo Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Khoa Cơ Khí o0o Chuyên ngành Cơ điện tử o0o NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.1Tên đề tài : THIẾT KẾ CÁNH TAY ROBOTỨNG DỤNG TRONG HÀN ĐIỂM 1.2Nhiệm vụ: (ĐÃ CÓ TỜ RIÊNG) 1. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 9/2014 2. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 12 /2014 3. Họ và tên giáo viên hướng dẫn: TS.Phan Tấn Tùng Nội dung và yêu cầu ĐATN đã thông qua Bộ môn. Ngày….tháng….năm… SINH VIÊN THỰC HIỆN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nguyễn Minh Dương TS.Phan Tấn Tùng Thiết kế cánh tay robot 6 DOF ứng dụng trong hàn điểm iii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Tp.HCM, ngày…tháng .…năm…. TS. Phan Tấn Tùng Thiết kế cánh tay robot 6 DOF ứng dụng trong hàn điểm iv NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Tp.HCM, ngày.…tháng…năm…. Thiết kế cánh tay robot 6 DOF ứng dụng trong hàn điểm v LỜI CẢM ƠN Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với nhữngsự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của ngườikhác. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại họcđến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ rất nhiều từ quý Thầy Cô,gia đình và bạn bè Trước tiên em xin được gửi lời cám ơn và tri ân đến ba mẹ, người đã sinh và nuối em lớn không đên ngà nay, nhờ có họ là niềm phấn đấu vươn lên của em. Em xin gửi lời cảm ơn đến các quý thầy cô trong trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh cũng như các thầy cô ở khoa Cơ Khí, đã nhiệt tình dạy dỗ và truyền đạt cho em nhiều kiến thức nền tảng để em có được hành trang tốt chuẩn bị bước vào đời. Đặc biệt là em muốn tỏ lòng cảm ơn thật nhiều đến thầyTS.Phan Tấn Tùng– Bộ môn Thiết Kế Máy, người thầyđãân cần, tận tụy hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện luận văn này.Nhờ sự hướng dẫn tận tình của thầy mà em đã hoàn thành tốt bài luận văn tốt nghiệp này, một lần nữa cho em gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy, người lái đò sống mãi với sự nghiệp giáo dục, diều dắt những thế hệ trẻ tụi em trên con đường học tập và nghiên cứu khoa học. Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy Cô trong Khoa Cơ Khí và Thầy TS. Phan Tấn Tùng thật dồi dào sứckhỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạtkiến thức cho thế hệ mai sau. Thiết kế cánh tay robot 6 DOF ứng dụng trong hàn điểm vi TÓM TẮT LUẬN VĂN Với tính linh hoạt trong vận hành, tự động hóa cao, nhanh và chuẩn xác; khả năng thay thế con người làm việc trong môi trường độc hại và không an toàn…, robot công nghiệp đang là lựa chọn hàng đầu trong các ngành công nghiệp mũi nhọn hiện nay. Robot công nghiệp là sản phẩm đặc trưng của ngành cơ điện tử. Trên thế giới, robot được sử dụng nhiều nhất trong các ngành chế tạo ôtô, công nghiệp điện và điện tử, chế tạo máy và công nghiệp chế biến thực phẩm. Robot hàn, lắp ráp, vận chuyển sản phẩm và cấp phôi trong các dây chuyền tự động. Trong luận văn này chủ yếu tập trung nghiên cứu, thiết kế cánh tay robot 6 bậc tự do trong ứng dụng hàn điểm trong ngành công nghiệp sản xuất ôtô. Do thời lượng làm luận văn có hạn và robot có rất nhiều bộ phận chi tiết cần nghiên cứu thiết kế và rấtt nhiều chương trình cần lập trình điều khiển, mô phỏng, nên trong nội dung luận văn này chỉ giới hạn trong 2 phần trọng tâm là: + Phân tích động học robot và lập trình mô phổng kiểm tra bài toán động học. + Thiết kế cơ khí khớp robot và 2 đầu khâu nơi lắp vào khớp. Ngoài ra trong luận văn còn trình bài thêm cái nhìn tổng quan về robot công nghiệp, các ứng dụng của nó và tình hình sản suất trên Thế Giới; trình bài bài toán quy hoạch quỹ đạo cho robot và một số cơ sở lý thuyết về thiết kế robot… Thiết kế cánh tay robot 6 DOF ứng dụng trong hàn điểm vii MỤC LỤC TRANG BÌA i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TT NGHIỆP ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv LỜI CẢM ƠN v TÓM TẮT LUẬN VĂN vi MỤC LỤC vii DANH MỤC HÌNH VÀ CÁC BẢNG x Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆPError! Bookmark not defined. 1.1. Ứng dụng robot: Error! Bookmark not defined. 1.1.1. Ứng dụng trong công nghiệp Error! Bookmark not defined. 1.1.2. Ứng dụng trong phòng thí nghiệm Error! Bookmark not defined. 1.1.3. Ứng dụng trong nông nghiệ p Error! Bookmark not defined. 1.1.4. Ứng dụng trong thám hiểm Error! Bookmark not defined. 1.2. Phân loại robot Error! Bookmark not defined. 1.2.1. Phân loại theo hình dạng hình học không gian của không gian hoạt động…. Error! Bookmark not defined. 1.2.2. Phân loại theo thế hệ robot Error! Bookmark not defined. 1.2.3. Phân loại theo bộ điều khiển Error! Bookmark not defined. 1.2.4. Phân loại robot theo nguồn dẫn động Error! Bookmark not defined. 1.2.5. Phân loại theo kết cấu cánh tay robot Error! Bookmark not defined. 1.3. Ưu và nhược điểm khi đưa Robot vào các ứng dụng:Error! Bookmark not defined. Thiết kế cánh tay robot 6 DOF ứng dụng trong hàn điểm viii 1.3.1. Ưu điểm…….………………………………………………………Error! Bookmark not defined. 1.3.2. Nhược điểm Error! Bookmark not defined. 1.4. Tình hình sản xuất robot Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT THIẾT KẾ ROBOTError! Bookmark not defined. 2.1.Cơ sở lý thuyết bài toán động học thuận. Error! Bookmark not defined. 2.2. Cơ sở lý thuyết bài toán động học nghịch Error! Bookmark not defined. 2.3.Cơ sở lý thuyết bài toán động lực học Error! Bookmark not defined. 2.4. Cơ sở lý thuyết bài toán quỹ đạo robot Error! Bookmark not defined. 2.5. Lựa ch ọn cách điều khiển robot Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 3: ĐỘNG HỌC ROBOT Error! Bookmark not defined. 3.1. Phân tích động học thuận Robot Error! Bookmark not defined. 3.1.1. Yêu cầu thiết kế robot Error! Bookmark not defined. 3.1.2. Lựa chọn mô hình robot Error! Bookmark not defined. 3.1.3. Đặt hệ tọa độ và bảng thông số D-H . Error! Bookmark not defined. 3.1.4. Thiết lập ma trận thể hệ vị trí và hướng điểm công tác so với hệ tọa độ cơ sở Error! Bookmark not defined. 3.2. Phân tích động học nghịch Robot Error! Bookmark not defined. 3.2.1. Các ma trận nghịch đảo thành phần Error! Bookmark not defined. 3.2.2. Tìm biến các khớp Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 4:QUY HOẠCH QUỸ ĐẠO ROBOT Error! Bookmark not defined. 4.1. Lựa chọn phương án quy hoạch quỹ đạo Error! Bookmark not defined. 4.2. Quy hoặc quỹ đạo robot theo không gian làm việcError! Bookmark not defined. CHƯƠNG 5 : TRUYỀN ĐỘNG ROBOT Error! Bookmark not defined. 5.1. Chọn động cơ Error! Bookmark not defined. Thiết kế cánh tay robot 6 DOF ứng dụng trong hàn điểm ix 5.2. Truyền dẫ cơ khí Error! Bookmark not defined. 5.3. Thiết kế bánh răng bộ truyền harmonic Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 6 : MÔ PHỔNG ĐỘNG HỌC ROBOT Error! Bookmark not defined.  6.1. Mục đích mô phổng Error! Bookmark not defined. 6.2. Quá trình mô phổng Error! Bookmark not defined. 6.3. Kết quả mô phổng Error! Bookmark not defined. 6.4. Chương trình mô phỏng Error! Bookmark not defined.  TÀI LIỆU KHAM THẢO 1 PHỤ LỤC A 111 Thiết kế cánh tay robot 6 DOF ứng dụng trong hàn điểm x DANH MỤC HÌNH VÀ CÁC BẢNG Hình 1.1: Robot hàn điểm của hãng Motoman. Error! Bookmark not defined. Hình 1.2: Cánh tay robot hoạt động trên trạm không gian quốc tếError! Bookmark not defined. Hình 1.3: Robot tọa độ cầu có không gian làm việc là dạng khối cầuError! Bookmark not defined. Hình 1.4: SCARA Robot thuộc thế hệ robot thứ ba Error! Bookmark not defined. Hình 1.5: Robot song song của ABB Error! Bookmark not defined. Hình 1.6: Robot song song của KuKa Error! Bookmark not defined. Hình 1.7: Loại STAUBLI TX40 Robot Error! Bookmark not defined. Hình 1.8: KuKa KR30-3 robot Error! Bookmark not defined. Hình 1.9: ABB IRB 120 Robot Error! Bookmark not defined. Hình 2.1 Cách xác định các giá trị của bảng thông số D-H Error! Bookmark not defined. Hình 2.2: Thứ tự quay của ba góc Euler Z-Y-X. Error! Bookmark not defined. Hình 3.1: Mô hình thứ nhất của robot 6-DOF Error! Bookmark not defined. Hình 3.2: Mô hình thứ hai của robot 6-DOF Error! Bookmark not defined. Hình 3.3: Mô hình thứ ba của robot 6-DOF Error! Bookmark not defined. Hình 3.4: Mô hình thứ tư của robot 6-DOF Error! Bookmark not defined. Hình 3.5: Hệ trục tọa độ của robot 6-DOF Error! Bookmark not defined. [...]... dưỡng robot khá lớn, chỉ những công ty, xi nghiệp lớn và đủ vốn mới có thể trang bị dây chuyền sản xuất dùng robot phục vụ - Cần nguồn nhân công có đủ trình độ, chuyên môn để vận hành, điều khiển robot - Robot thường được ứng dụng trong dây chuyền sản xuât và sản xuất hàng loạt nên nếu có lỗi trong quá trình lập trình, dạy robot thì cả loạt sản phẩm sản xuất ra sẽ đều thành phế phẩm… - Robot không thông... sát và nhiễu (các yếu tố 16 Thiết kế cánh tay robot 6 DOF ứng dụng trong hàn điểm không lường trước được) Lực ma sát ở các khâu các khớp muốn xác định là cả 1 vấn đề - Đồng thời do luận văn này trình bày thiết kế robot hàn điểm trên khung của tô, cụ thể là khung cửa tô nên tốc độ di chuyển giữa những điểm hàn này đến hàn kia là không quá nhanh, vì khoảng cách giữa các điểm hàn là khá nhỏ, nếu di chuyển... vật liệu: Robot được sử dụng trong khi rèn kim loại ở nhiệt độ cao sẽ có hiệu suất cao hơn rất nhiều vì khi rèn nhiều khi đòi hỏi công nhân phải di chuyển phôi có khối lượng lớn với nhiệt độ cao ở khắp nơi trong xưởng Đối với robot thì nhiệt độ cao lại không đáng sợ + Hàn điểm: trong sản xuất tô thì hàn điểm là công việc sử dụng robot nhiều nhất, đặc biệt khi hàn khung xe Hình 1.1: Robot hàn điểm của... trong hàn điểm 3.1: Động học thuận Robot 3.1.1: Yêu cầu thiết kế robot: - Robot có thể linh hoạt trong sản xuất, không gian hoạt động tương đối lớn - Robot có thể đảm nhiệm được các nhiệm vụ chức năng như hàn điểm, hàn hồ quang, sơn, lắp ráp, v.v trong dây chuyền sản xuất - Dễ dàng thay thế, bảo trì, sữa chữa… khi robot hư hỏng bảo trì, không ảnh hưởng nhiều đến quá trình sản xuất 3.1.2:Lựa chọn mô... hình thứ hai của robot 6-DOF Ưu điểm: Ở mô hình robot này thì có không gian hoạt động là khối trụ Ba khớp đầu dùng để định vị, ba khớp sau dùng để định hướng nên rất dễ trong quá trình mô phỏng kiểm tra lỗi Nhược điểm: Giống như ở mô hình 1 là dùng khớp tịnh tiến Hình 3.3: Mô hình thứ ba của robot 6-DOF 19 Thiết kế cánh tay robot 6 DOF ứng dụng trong hàn điểm Ưu điểm: Dùng toàn khớp xoay vì đại đa số... ABB robot: IRB 120, IRB 2600, IRB 4400… 8 Thiết kế cánh tay robot 6 DOF ứng dụng trong hàn điểm Model Số trục Tải thường Sai số Tầm với Hình 1.9: ABB IRB 120 Robot IRB 120 6 25 kg 0.01 mm 580m Ngoài ra còn nhiều hãng khác sản xuất robot công nghiệp như: Toshiba, Motoman, OKURA, OTC Daihen, Fanuc, Panasonic… 9 Thiết kế cánh tay robot 6 DOF ứng dụng trong hàn điểm Chương 2: Cơ sở lý thuyết thiết kế robot: ... quỹ đạo robot - Khi lập trình quỹ đạo chuyển động của robot để thực hiện nhiệm vụ đặt ra, thông thường cần biết trước vị trí và hướng của khâu tác động cuối của Robot ở những điểm khác nhau trong không gian thao tác Những điểm biết 15 Thiết kế cánh tay robot 6 DOF ứng dụng trong hàn điểm trước như vậy gọi là điểm tựa Hay nói cách khác, điểm tựa chính là những điểm bắt buộc phải đi qua khi robot thực... chọn mô hình robot - Để đảm bảo tính linh hoạt đáp ứng được hầu hết các nhiệm vụ trong dây chuyền sản xuất và dễ thay thế khi có bất kì 1 robot nào trong dây chuyền bị hư hỏng ta sẽ thiết kế robot tiêu chuẩn 6 bậc tự do - Dướiđây là các mô hình robot 6 bậc tự do: Hình 3.1: Mô hình thứ nhất của robot 6-DOF Ưu điểm: Đápứng được khả năng vừađịnh hướng vừađịnh vị trong không gian của robot Không gian hoạt... 1.5: Robot song song của ABB Ư điểm của loại robot này là tính cứng vững, chịu tải lớn, trọng lượng nhỏ, kết cấu đơn giản - Robot nối tiếp: là robot mà các khâu của chúng được liên kết nối tiếp với nhau Loại robot này được sử dụng rất nhiều trong thực tế, đặc biệt trong lĩnh vực công nghiệp Hình 1.6: Robot song song của KuKa 5 Thiết kế cánh tay robot 6 DOF ứng dụng trong hàn điểm 1.3: Ưu và nhược điểm. .. đặc điểm khác nhau cơ bản nhất của robot để giúp cho việc nhận biêt được dễ dàng Có 4 yếu tố chính để phân loại robot như sau: 1.2.1: Phân loại theo hình dạng hình học không gian của không gian hoạt động - Robot tọa độ vuông góc (cartesian robot) : không gian làm việc dạng hình hộp - Robot tọa độ trụ (Cylindrical robot) : Không gian làm việc là dạng hình trụ - Robot tọa độ cầu (spherical robot) : Không . công nhân phải di chuyển phôi có khối lượng lớn với nhiệt độ cao ở khắp nơi trong xưởng. Đối với robot thì nhiệt độ cao lạ i không đáng sợ. + Hàn điểm: trong sản xuất tô thì hàn điểm là công. Trong luận văn này chủ yếu tập trung nghiên cứu, thiết kế cánh tay robot 6 bậc tự do trong ứng dụng hàn điểm trong ngành công nghiệp sản xuất tô. Do thời lượng làm luận văn có hạn và robot. ứng dụng trong dây chuyền sản xuât và sản xuất hàng loạt nên nếu có l ỗi trong quá trình lập trình, dạy robot thì cả loạt sản phẩm sản xuất ra sẽ đều thành phế phẩm… - Robot không thông minh