Nghiên cứu, sữa chữa, phục hồi và thiết kế, lắp đặt hệ thống tiêu khiển cho robot cấp khôi tự động và xây dựng mô hình thí nghiệm cho robot pick-up

Tài liệu tham khảo Nghiên cứu, sữa chữa, phục hồi và thiết kế, lắp đặt hệ thống tiêu khiển cho robot cấp khôi tự động và xây dựng mô hình thí nghiệm cho robot pick-up

Lời nói đầu

Sự phát triển vợt bậc của cách mạng khoa học kỹ thuật, đặc biệt là trong lĩnh vực điện tử, tin học đã thúc đẩy các ngành khác, cùng phát triển Xu hớng phát triển trong lĩnh vực công nghiệp hiện nay trên thế giới là tự động hoá, linh hoạt trong sản xuất theo hớng ứng dụng robot công nghiệp vào trong sản xuất Tuy nhiên ở Việt Nam hiện nay, việc ứng dụng robot vào trong sản xuất còn rất hạn chế và mới mẻ Những kỹ s phải có một kiến thức sâu rộng về robot công nghiệp và ứng dụng robot công nghiệp vào trong sản xuất Chính những suy nghĩ này đã đa chúng em đến với đề tài: "Nghiên cứu, sửa chữa, phục hồi và thiết

kế, lắp đặt hệ thống điều khiển cho robot cấp phôi tự động và xây dựng mô

hình thí nghiệm cho robot pick-up".

Vì đây là một đề tài lớn, nên nhóm chúng em gồm 6 ngời Trần Thái Lai, Nguyễn Ngọc Thái, Nguyễn Mạnh Toàn, Trần Minh Hải, Bùi Trung Kiên, Phạm

Đức Thành cùng thực hiện đề tài này Trong đó nhóm ba ngời chúng em tập trung tìm hiểu và phục hồi các kết cấu cơ khí, điều khiển các cơ cấu chấp hành, xây dựng mô hình thí nghiệm với chi tiết dạng trụ vào lập trình cho robot chạy theo mô hình đã xây dựng.

Là những sinh viên cơ khí chuyên ngành chế tạo máy, không có kiến thức chuyên sâu về điện tử và điều khiển nên chúng em đã gặp không ít những bối rối

và khó khăn khi tiếp cận với đề tài này Tuy nhiên đợc sự hớng dẫn, chỉ bảo tận tình của TS Phạm Văn Hùng, chúng em đã thực hiện thành công đề tài này, robot và mô hình thí nghiệm đã hoạt động ổn định với độ tin cậy cao và là một bài thí nghiệm sinh động cho hơn 450 sinh viên ngành chế tạo máy khoá 46 Vừa qua đề tài của chúng em đã tham gia dự thi sinh viên nghiên cứu khoa học và đã đợc giải khuyến khích.

Tuy bớc đầu đã có kết quả Nhng đây là một bài toán thực tế đầu tiên mà chúng em giải quyết nên không tránh khỏi những sai sót do thiếu kinh nghiệm thực tế Chúng em rất mong nhận đợc sự chỉ bảo của các thầy cô giáo trong bộ môn Máy và Ma sát học để đề tài của chúng em hoàn thành hơn.

Sau cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Phạm Văn Hùng cùng toàn thể các thầy cô giáo trong bộ môn Máy và Ma sát học đã hớng dẫn chỉ bảo và tạo điều kiện thuận lợi giúp chúng em hoàn thành đề tài này.

Chơng I: giới thiệu về Robot

I lịch sử phát triển của Robot công nghiệp:

Nhu cầu nâng cao năng xuất và chất lợng sản phẩm ngày càng đòi hỏi ứngdụng rộng rãi các phơng tiện tự động hoá sản xuất Xu hớng tạo ra những dâychuyền về thiết bị tự động có tính linh hoạt cao đang hình thành Các thiết bị này

đang thay thế dần các máy tự động “cứng” chỉ đáp ứng một việc nhất định tronglúc thị trờng luôn luôn đòi hỏi thay đổi mặt hàng về chủng loại Về kích cỡ và vềtính năng v.v… Vì thế ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng Robot để tạo ra Vì thế ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng Robot để tạo racác hệ thống sản xuất tự động linh hoạt

Thuật ngữ “Robot” lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1922 trong tác phẩm

“Rossum’s Universal Robot” của nhà văn tiệp khắc có tên là Karel Capek Theo

tiếng Séc thì Robot là ngời làm tạp dịch Trong tác phẩm này nhân vật Rossum

và con trai của ông đã tạo ra những chiếc máy gần giống nh con ngời để hầu hạcon ngời

Thuật ngữ Inducstrial Robot (IR) xuất hiện đầu tiên ở mỹ do công ty AMF (Americal Machine and Foundry Company) quảng cáo mô phỏng một

thiết bị mang dáng dấp và có một số chức năng nh tay ngời đợc điều khiển tự

động thực hiện một số thao tác để sản xuất thiết bị có tên gọi Versatran.

Quá trình phát triển của IR đợc tóm tắt nh sau:

- Từ những năm 1950 ở mỹ xuất hiện viện nghiên cứu đầu tiên

- Vào đầu những năm 1960 xuất hiện sản phẩm đầu tiên có tên gọi là

Versatran của công ty AMF.

- ở Anh ngời ta bắt đầu nghiên cứu và chế tạo IR theo bản quyền của

mỹ từ những năm 1967

- ở các nớc Tây âu khác nh: Đức, ý, Pháp, Thụy Điển thì bắt đầu chếtạo IR từ những năm 1970

- Châu á có Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu ứng dụng IR từ năm 1968

Đến nay, trên thế giới có khoảng trên 200 công ty sản xuất IR trong số đó

có 80 công ty của Nhật, 90 công ty của Tây Âu, 30 công ty của Mỹ và một sốcông ty của Nga, Tiệp… Vì thế ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng Robot để tạo ra

II Phân loại Robot (IR):

1 Theo chủng loại, mức độ điều khiển, và nhận biết thông tin của tay máy-ngời máy đã đợc sản xuất trên thế giới có thể phân loại các IR thành các thế hệ sau:

Thế hệ 1: thế hệ có kiểu điều khiển theo chu kỳ dạng chơng trình cứng

không có khả năng nhận biết thông tin

Thế hệ 2: thế hệ có điều khiển theo chu kỳ dạng chơng trình mềm bớc đầu

đã có khả năng nhận biết thông tin

Thế hệ 3: thế hệ có kiều điều khiển dạng tinh khôn, có khả năng nhận biết

thông tin và bớc đầu đã có một số chức năng lý trí của con ngời

2 Phân loại tay máy theo cấu trúc sơ đồ động:

Thông thờng cấu trúc chấp hành của tay máy công nghiệp đợc mô hìnhhoá trong dạng chuỗi động với các khâu và các khớp nh trong nguyên lý máy vớicác giả thuyết cơ bản sau:

- Chỉ sử dụng các khớp động loại 5 ( khớp quay, khớp tịnh tiến, khớpvít)

- Trục quay hớng tịnh tiến của các khớp thì song song hay vuông góc vớinhau

- Chuỗi động chỉ là chuỗi động hở đơn giản:

Ta ví dụ một chuỗi động của một tay máy công nghiệp có 6 bậc tự do, cáckhớp A, B, F là các khớp tổng quát, có nghĩa là chúng có thể là khớp quay, cũng

có thể là khớp tịnh tiến, các khớp D, E, K chỉ là những khớp quay Các khâu đợc

đánh số bắt đầu từ 0 - giá cố định, tiếp đến là các khâu 1, 2, n - các khâu động,khâu tổng quát ký hiệu là khâu i, (i= 1, 2, 3, n), khâu n cuối cùng mang bànkẹp của tay máy Tơng tự nh tay ngời để bàn kẹp gồm có 3 loại chuyển động, t-

ơng ứng với các chuyển động này là 3 dạng của cấu trục máy nh sau:

- Cấu trúc chuyển động toàn bộ (chân ngời) cấu trúc này thực hiệnchuyển động đem toàn bộ tay máy (tay ngời) đến vị trí làm việc Cấu trúc nàyhết sức đa dạng và thông thờng nếu không phải là tay máy hoạt động trong hệthống mà chuyển động này cần có sự kiểm soát Ngời ta thờng coi tay máy là

đứng yên, khâu 0 gọi là giá cố định của tay máy

- Cấu trúc xác định bàn kẹp bao gồm các khớp A, B và F các khâu 1, 2

và 3, chuyển động của cấu trúc này đem theo bàn kẹp với vị trí làm việc Do giảthiết về loại khớp động dùng trong chế tạo máy thông thờng ta có những phối

hợp sau đây của các khớp và từ đó tạo nên những cấu trúc xác định vị trí của bànkẹp trong các không gian vị trí khác nhau của bản kẹp Phối hợp TTT nghĩa là 3khớp đều là khớp tịnh tiến và một khớp quay Đây là cấu trúc hoạt động trong hệtoạ độ Đề Các so với các toạ độ So vì 3 điểm M nằm trên khâu 3 khớp đều làkhớp tịnh tiến và một chuyển động quay (tức là hai toạ độ dài).

Phối hợp TRT, RTT, hay TTR nghĩa là một khớp tịnh tiến hai khớpquay( các cấu trúc 2, 3, và 4) Đây là cấu trúc hoạt động trong hệ toạ độ trụ sovới điểm M trên khâu 3 đợc xác định bởi 2 chuyển động tịnh tiến và một chuyển

động quay (tức là hai toạ độ dài một toạ độ góc)

Phối hợp RTR, RRT, TTR nghĩa là hai khớp tịnh tiến và hai khớp quay( các cấu trúc 5, 6, 7, 8, 9 và 10) Đây là cấu trúc hoạt động trong hệ toạ độ cầu

so với hệ So, vì điểm M trên khâu 3 đợc xác định bởi một chuyển động tịnh tiến

và hai chuyển động quay (tức là một toạ độ dài hai toạ độ góc)

Phối hợp RRR tức là 3 khớp quay (các cấu trúc 11,12) đây là các cấu trúchoạt trong toạ độ góc so với hệ So, vì điểm M trên khâu 3 đợc xác định bởi bachuyển động quay (tức là ba toạ độ góc), cấu trúc này đợc gọi là cấu trúc phỏngsinh học

Tuy nhiên trong thực tế, đối với các tay máy chuyên dùng đợc sử dụngchuyên môn hoá và đặc biệt là để đảm bảo giá thành và giá đầu t vào tay máythấp, ngời ta không nhất thiết lúc nào cũng phải chế tạo tay máy có đủ ba khớp

động cho cấu trúc xác định vị trí

Đối với tay máy công nghiệp đã có hơn 250 loại, trong số đó có hơn 40%

là loại tay máy có điều khiển đơn giản thuộc thế hệ thứ nhất

Sự xuất hiện của IR và sự gia tăng vai trò của chúng trong sản xuất và xãhội loài ngời làm xuất hiện một nghành khoa học mới là nghành Robot học(Robotic) Trên thế giới nhiều nời đã xất hiện những viện nghiên cứu riêng vềRobot

ở Việt Nam, từ những năm giữa thập kỷ 80 đã có viện nghiên cứu vềRobot

III Sơ đồ cấu trúc chức năng của Robot:

Vậy Robot là gì? cho tới hiện nay cha có một định nghĩa chính xác vềRobot, và cứ hai năm một lần ngời ta lại tổ chức một hội nghị khoa học bàn vềRobot, nhằm thông tin những thành tựu đã đạt đợc trong nghiên cứu và chế tạo

Robot đồng thời thống kê các thuật ngữ về Robotic, để hiểu đợc về IR trớc hếtchúng ta quan sát sở đồ cấu trúc và chức năng của IR nh sau:

Hình 1-1: Sơ đồ cấu trúc và chức năng của Robot.

Trong sơ đồ trên, các đờng chỉ mối quan hệ thông tin thuận,thông tin chỉ huy nhiệm vụ Robot Các đờng chỉ mối liên hệ thông tin ng-

ợc, thông tin phản hồi về quá trình làm việc của Robot

Chức năng của bộ phận giao tiếp là liên lạc với ngời vận hành là thực hiệnquá trình “dạy học” cho Robot, nhờ đó Robot biết đợc nhiệm vụ phải thực hiện

Chức năng của hệ thống điều khiển là thực hiện việc tái hiện lại các hành

Phần 2: Bộ phận chịu lực, phần chịu lực của Robot

Bộ cảm biến tín hiệu làm nhiệm vụ nhận biết, đo lờng và biến đổi thôngtin các loại tín hiệu nh: các nội tín trong bản thân Robot, đó là các tín hiệu về vịtrí, vận tốc, gia tốc, trong từng thành phần của bộ phận chấp hành các ngoại tínhiệu, là các tín hiệu từ môi trờng bên ngoài có ảnh hởng tới hoạt động củaRobot

Với cấu trúc và chức năng nh trên, Robot phần nào mang tính “ngời” cònphần máy chính là trạng thái vật lý của cấu trúc

Với IR tính chất “ ngời” và “máy” cũng đợc thể hiện đầy đủ nh trên, duytrì hình thức mang dáng dấp của tay “ngời”

Tay máy công nghiệp thờng có những bộ phận sau:

Hệ thống điều khiển: Thờng là loại đơn giản làm việc có chu kỳ vận hànhtheo nguyên lý của hệ thống điều khiển hở hoặc kín

Hệ thống chấp hành: Bào gồm các nguồn động lực, hệ thống truyền động,

hệ thống chịu lực nh: các động cơ thuỷ, khí nén, cơ cấu servo điện tử, động cơ

b-ớc Mỗi chuyển động của IR thờng có một động cơ riêng và các thanh chịu lực

Thiết bị liên

hệ với ng ời vận hành

Ng ời vận hành

Hệ thống truyền động

Hệ thống chịu lực Hệ thống biến tín hiệu

Môi tr ờng bên ngoài

Hệ thống điều khiển

- Bàn kẹp: Là bộ phận công tác cuối cùng của tay máy, nơi cầm nắmcác thiết bị công nghệ hay vật cần di chuyển.

IV ứng dụng Robot trong công nghiệp:

1 Mục tiêu ứng dụng Robot trong công nghiệp:

Nhằm góp phần nâng cao năng suất day truyền công nghệ, giảm giá thành,nâng cao chất lợng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm, đồng thời cải thiện

điều kiện lao động của con ngời Điều đó xuất phát từ những u điểm cơ bản củaRobot và đã đợc đúc kết qua nhiều năm đợc ứng dụng ở nhiều nớc Những u

đổi mẫu mã, kích cỡ của sảm phẩm theo yêu cầu của thị trờng

- Có khả năng giảm giá thành sản phẩm do ứng dụng Robot là bởi vì giảm

đợc đáng kể chi phí cho ngời lao động nhất là ở các nớc phát triển có mức tiền

l-ơng của ngời lao động rất cao, cộng với các khoản phụ cấp và bảo hiểm xã hội.Theo số liệu của Nhật Bản thì Robot làm việc thay cho một ngời thợ thì tiền muaRobot chỉ bằng tiền chi phí cho ngời thợ trong vòng 3-5 năm, tuỳ theo Robotlàm việc một ngày mấy ca Còn ở Mỹ, trung bình trong mỗi giờ làm việc Robot

có thể đem lại tiền lợi là 13 USD ở nớc ta trong những năm gần đay có nhiềudoanh nghiệp có khoản chi phí về lơng bổng cũng chiếm tỷ lệ cao trong giáthành sản phẩm

Hình 1-2: ứng dụng Robot phục vụ máy công cụ

- Việc ứng dụng Robot có thể làm tăng năng suất của dây truyền côngnghệ Sở dĩ nh vậy vì nếu tăng nhịp độ khẩn trơng của dây truyền sản xuất, nếukhông thay thế con ngời bằng Robot thì thợ không thể theo kịp hoặc rất chóngmệt mỏi Theo tài liệu của Fanuc-Nhật Bản thì năng xuất có khi tăng 3 lần.

- ứng dụng Robot có thể cải thiện đợc điều kiện lao động Đó là u điểmnổi bật nhất mà chúng ta cần quan tâm Trong thực tế sản xuất có rất nhiều nơingời lao động phải lao động suốt buổi trong môi trờng bụi bặm, ẩm ớt, nóng nực,hoặc ồn ào quá mức cho phép nhiều lần Thậm trí ở nhiều nơi, ngời lao động cònphải làm việc dới môi trờng độc hại, nguy hiểm đến sức khoẻ con ngời, dễ xảy ratai nạn, dễ bị nhiễm hoá chất độc hại, nhiễm sóng điện từ, phóng xạ

2 Các bớc ứng dụng Robot:

Việc u tiên đầu t trớc hết để nhằm để đồng bộ hoá cả hệ thống thiết bị, rồi

tự động hoá và Robot hoá chúng khi cần thiết để quyết định đầu t cho cả dâytruyền công nghệ hoặc chỉ ở một vài công đoạn Ngời ta thờng xem xét các mặtsau:

- Nghiên cứu quá trình công nghệ đợc Robot hoá và phân tích toàn bộ hệthống nếu không thể hiện rõ thì việc đầu t Robot hoá là cha nên

- Xác định các đối tợng cần Robot hoá:

Khi xác định cần phải thay thế Robot ở những nguyên công nào thì phảixem xét khả năng liệu Robot có thay thế đợc không và có hiệu quả hơn không.Thông thờng ngời ta u tiên ở những chỗ làm việc quá nặng nhọc, bụi bặm ồn ào,

độc hại, căng thẳng hoặc quá đơn điệu Xu hớng thay thế hoàn toàn bằng Robot

Hình 1-3: ứng dụng Robot trong quá trình hàn

thực tế không hiệu quả bằng việc giữ lại một số công đoạn mà đòi hỏi sự khéoléo của con ngời.

- Xây dựng mô hình quá trình sản xuất đã đợc Robot hoá:

Sau khi đã xác định đợc mô hình tổng thể quá trình công nghệ, cần xác

định rõ dòng chuyển dịch nguyên liệu và dòng thành phẩm để đảm bảo sự nhịpnhàng đồng bộ của từng hệ thống Có thế mới phát huy đợc hiệu quả đầu t vốn

- Chọn lựa mẫu Robot thích hợp hoặc chế tạo Robot chuyên dùng Đây

là bớc quan trọng vì Robot có rất nhiều loại với giá tiền khác nhau Nếu nhkhông chọn đúng thì không những đầu t quá đắt mà còn không phát huy đợc hếtkhả năng, nh kiểu dùng ngời không đúng chỗ Việc này thờng xảy ra khi muaRobot nớc ngoài, có những chức năng Robot đợc trang bị nhng không cần dùngcho công việc cụ thể mà nó đảm nhiệm dây truyền sản xuất, vì thế mà đội giá lênrất cao, chỉ có lợi cho nơi cung cấp thiết bị

Cấu trúc Robot hợp lý nhất là cấu trúc theo modun hoá, nh thế có thể hạ

đ-ợc giá thành sản xuất, đồng thời đáp ứng đđ-ợc nhu cầu phục vụ công việc đa dạng.Cấu trúc càng đơn giản càng dễ thực hiện với độ chính xác cao và giá thành hạ.Ngoài ra còn có thể tự tạo dựng các Robot thích hợp với công việc trên cơ sởmua lắp các modun chuẩn hoá Đó là hớng triển khai hợplý đối với đại bộ phận

xí nghiệp trong nớc hiện nay cung nh trong tơng lai

3 Các lĩnh vực ứng dụng Robot trong công nghiệp.

- Một trong các lĩnh vực hay ứng dụng Robot là kỹ nghệ đúc Thờngtrong phân xởng đúc công việc rất đa dạng, điều kiện làm việc nóng nực, bụibặm, mặt hàng thay đổi luôn và chất lợng vật đúc phụ thuộc nhiều vào quá trìnhthao tác

Việc tự động hoá toàn phần hoặc từng phần quá trình đúc bằng các dâytruyền tự động thông thờng với các máy tự động chuyên dùng đòi hỏi phải cócác thiết bị phức tạp, đầu t khá lớn Ngày náy ở nhiều nớc trên thế giới Robot đ-

ợc dùng rộng rãi để tự động hoá công nghệ đúc, nhng chủ yếu là để phục vụ cácmáy đúc áp lực Robot có thể làm đợc nhiều việc nh rót kim loại nóng chảy vàokhuôn, cắt mép thừa, làm sạch vật đúc hoặc làm tăng bền vật đúc bằng cáchphun cát Dùng Robot phục vụ các máy đúc áp lực có nhiều u điểm: đảm bảo

ổn định chế độ làm việc, chuẩn hoá về thời gian thao tác, về nhiệt độ và điềukiện tháo vật đúc ra khỏi khuôn ép bởi thế chất lợng vật đúc tăng lên

Trong nghành gia công áp lực điều kiện làm việc cũng khá nặng nề, dễ gâymệt mỏi nhất là ở trong các phần xởng rèn dập nên đòi hỏi sớm áp dụng Robotcông nghiệp Trong phân xơng rèn, robót có thể thực hiện những công việc: đaphôi thừa vào lò nung, lấy phôi đã nung ra khỏi lò, mang nó đến máy rèn,chuyển lại phôi sau khi rèn và xếp lại vật đã rèn vào giá hoặc thùng Sử dụngcác loại Robot đơn giản nhất cũng có thể đa năng xuất lao động tăng lên 1,5-2lần và hoàn toàn giảm nhẹ lao động của công nhân So với các phơng tiện cơ giới

và tự động khác phục vụ các máy rèn dập thì dùng Robot có u điểm là nhanhhơn, chính xác hơn và cơ động hơn

Các quá trình hàn và nhiệt luyện thờng bao gồm nhiều công việc nặngnhọc, độc hại và ở nhiệt độ cao Do vậy ở đây cũng nhanh chóng ứng dụngRobot công nghiệp (hình 1-4)

Khi sử dụng Robot trong việc hàn, đặc biệt là hàn hồ quang với mối hànchạy theo đờng cong không gian cần phải đảm bảo sao cho điều chỉnh đợc ph-

ơng và khoảng cách của điện cực so với mặt phẳng của mối hán Nhiệm vụ đócần đợc xem xét khi tổng hợp chuyển động của bàn kẹp và xây dựng hệ thống

điều khiển có liên hệ phản hồi Kinh nghiệm cho thấy rằng có thể thực hiện tốtcông việc nếu thống số chuyển động của đầu điện cực và chế độ hàn đợc điềukhiển bằng một chơng trình thống nhất, đồng thời nếu đợc trang bị các bộ phậncảm biến, kiểm tra và điều chỉnh Ngoài ra Robot hàn còn phát huy tác dụng lớnkhi hàn trong những môi trờng đặc biệt

- Robot đợc dùng khá rộng rãi trong gia công và lắp ráp Thờng thờng ngời

ta sử dụng Robot chủ yếu vào các việc tháo lắp phôi và sản phẩm cho các máygia công bánh răng, máy khoan, máy tiện bán tự động

Hình 1- 4: ứng dụng Robot trong quá trình nhiệt luyện

Trong nghành chế tạo máy và dụng cụ đo chi phí về lắp ráp thờng chiếm

đến 40% giá thành sản phẩm Trong khi đó mức độ cơ khí hoá lắp ráp không quá10-15% đối với sản phẩm hàng loạt và 40% đối với sản xuất hàng loạt lớn Bởivậy, việc tạo ra và sử dụng Robot lắp ráp có ý nghĩa rất quan trọng

Phân tích quá trình lắp ráp chúng ta thấy rằng con ngời khi gá đặt các chitiết để lắp chúng với nhau thì có thể làm nhanh hơn các thiết bị tự động Nhngkhi thực hiện các động tác khác trong quá trình ghép chặt chúng thì chậm hơn.Bởi vậy yếu tố thời gian và độ chính xác định vị là vấn đề quan trọng cần quantâm nhất khi thiết kế các loại Robot lắp ráp Ngoài ra, yêu cầu hiện nay đối vớicác loại Robot lắp ráp là nâng cao tính linh hoạt để đáp ứng nhiều loại công việc,hạ giá thành và dễ thích hợp với việc sản xuất loạt nhỏ

Ngày nay đã xuất hiện nhiều loại dây chuyền tự động gồm các máy vạnnăng và Robot công nghiệp Các dây chuyền đó đạt mức độ tự động cao, tự độnghoàn toàn, không có con ngời trực tiếp tham gia, rất linh hoạt và không đòi hỏi

đầu t lớn ở đây các nhà máy và Robot trong dây chuyền đợc điều khiển bằngcùng một hệ thống chơng trình

Trong một dây chuyền tự động có các máy điều khiển theo chơng trìnhRobot có thể đứng một chỗ hoặc theo di động trên đờng ray

Kỹ thuật Robot có u điểm quan trọng nhất là tạo nên khả năng linh hoạthoá sản xuất Việc sử dụng máy tính điện tử, Robot và máy điều khiển theo ch-

ơng trình đã cho phép tìm đợc những phơng thức mới mẻ để tạo nên các dâychuyền tự động cho sản xuất hàng loạt với nhiều mẫu, loại sản phẩm Dây chuyền

tự động “cứng” gồm nhiều thiết bị tự động chuyên dùng đòi hỏi vốn đầu t lớn,nhiều thời gian để thiết kế và chế tạo trong lúc quy trình công việc luôn luôn cảitiến, nhu cầu đối với chất lợng và quy cách của sản phẩm luôn luôn thay đổi Bởivậy nhu cầu “ mềm” hóa hay là linh hoạt hoá dây chuyền sản xuất ngày càngtăng Kỹ thuật công nghiệp và máy tính đã đóng vai trò quan trọng trong việc tạo

ra các dây chuyền tự động linh hoạt

Xuất phát từ nhu cầu và khả năng linh hoạt hoá sản xuất, trong những nămgần đây không chỉ các nhà khoa học mà cả các nhà sản xuất đã tập trung sự chú

ý vào việc hình thành và áp dụng các hệ sản xuất tự động linh hoạt, gọi tắt là hệsản xuất linh hoạt Hệ sản xuất linh hoạt ngày nay thờng bao gồm các thiết bị giacông đợc điều khiển bằng chơng trình số, các phơng tiện vận chuyển, kho chứatrong phân xởng đã đợc tự động hoá và nhóm Robot công nghiệp ở vị trí trực tiếplàm việc với các thiết bị gia công hoặc thực hiện các nguyên công phụ Việc điều

khiển và kiểm tra điều khiển toàn hệ sản xuất linh hoạt là rất thích hợp với quymô sản xuất nhỏ và vừa, thích hợp với yêu cầu luôn luôn thay đổi chất lợng sảmphẩm và quy trình công nghệ Bởi vậy ngày nay hệ sản xuất linh hoạt thu hút sựchú ý không những ở các nớc phát triển mà ngay cả ở các nớc đang phát triển.Trong một số tài liệu nớc ngoài hệ FMS (Flexible Manufacturing System) này đ-

ợc diễn giải nh hệ thống sản xuất linh hoạt, hoàn toàn tự động từ khâu tính toánthiết kế, điều hành sản xuất, gia công và các công việc phụ khác… Vì thế ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng Robot để tạo ra tất cả đều đợc

điều khiển bởi các máy tính và các phần mềm đợc lập trình sẵn

Tỷ lệ phân bố các loại công việc đợc dùng Robot:

a Tay máy điều khiển bằng tay: 4%

b Robot đợc điều khiển theo chu kỳ cứng: 59%

c Robot đợc điều khiển theo chu kỳ thay đổi theo chơng trình: 11%

d Robot đợc điều khiển dùng chơng trình dạy học: 18%

e Robot điều khiển theo chơng trình số: 5%

f Robot đợc điều khiển có sử lý tinh khôn: 3%

4 Nội dung nghiên cứu phát triển Robot công nghiệp: 4.1 Nhận xét về quá trình phát triển Robot công nghiệp.

Ra đời từ những năm năm mơi, Robot công nghiệp đã có những bớc pháttriển quan trọng Từ những năm 1960 do sự phát hiện máy vi tính Robot côngnghiệp đã tiếp thu đợc thành tựu mới đó và ngày càng hấp dẫn Cao trào phát

triển vào những năm 70 và đánh dấu bằng hội nghị quốc tế lần thứ 6 về Thiết“

kế chế tạo và ứng dụng Robot công nghiệp” tại Chicago năm 1972, sau đó lại

lắng dần xuống, nhất là sau khủng hoảng dầu mỏ 1975, nh để rút kinh nghiệp ápdụng vào chỗ nào là phát huy hiệu quả hơn Đến những năm 80 thì xuất hiện nhucầu hình thành các hệ thống sản xuất linh hoạt FMS ( Flexible ManufacturingSystem) mà Robot nh là bộ phận cấu thành FMS Nhu cầu đó kích thích sự pháttriển của Robot công nghiệp Trong năm 90 Robot công nghiệp cũng có bớc pháttriển mới theo hớng đồng bộ hệ thống trên cơ sỏ vận dụng những thành tựu củacông nghệ thông tin ứng dụng

Bản thân phần kỹ thuật Robot công nghiệp cũng thể hiện các xu thế pháttriển sau đây:

1/ Trong giai đoạn đầu phát triển, ngời ta rất quan tâm đến việc tạo ranhững cơ cấu tay máy nhiều bậc tự do, đợc trang bị nhiều loại cảm biến(sensor)

để có thể thực hiện đợc những công việc phức tạp, nh là để chứng tỏ khả năngthay thế con ngời trong nhiều loại hình công việc

2/ Khi đã tìm đợc các địa chỉ ứng dụng trong công nghiệp, thì việc đơngiản hoá kết cấu để tăng độ chính xác định vị và giảm giá thành đầu t lại lànhững yêu cầu thực tế đối với thị trờng hành hoá cạnh tranh Ngày càng có nhiềucải tiến trong kết cấu các bộ phận chấp hành, tăng độ tin cậy của các thiết bị điềukhiển, tăng mức thuận tiện và dễ dàng khi lập trình

3/ Để mở rộng phạm vi ứng dụng cho Robot công nghiệp nhằm thay thếlao động với nhiều loại hình công việc, ngày càng rõ nét về xu thế tăng c ờng khảnăng nhận biết và xử lý tín hiệu từ môi trờng làm việc Các thành tựu khoa học

và tiến bộ kỹ thuật laser, kỹ thuật tia hồng ngoại, kỹ thuật xử lý ảnh đã ngàycàng hiện thực xu thế phát triển Robot công nghiệp hớng vào việc thích nghi đợcvới môi trờng làm việc

4/ Cùng với các xu thế trên Robot công nghiệp luôn luôn đợc định hớngtăng cờng năng lực xử lý công việc để trở thành các Robot tinh khôn nhờ ápdụng các kết quả nghiên cứu về hệ điều khiển nơron và trí khôn nhân tạo

4.2 Cơ-tin- điện tử và Robot công nghiệp.

Cơ-tin-điện tử và Robot công nghiệp là hai lĩnh vực khoa học kỹ thuật caorất gắn bó với nhau.ở một số nớc chúng kết hợp với nhau nh là một ngànhhọc.Trong Robot công nghiệp có hầu hết các vấn đề của cơ điện tử Đồng thờiphát triển của cơ điện tử cũng đều phản ánh trong kỹ thuật Robot Vì vậy đểnghiên cứu về Robot cần xem xét các vấn đề về cơ-tin-điện tử.

Thuật ngữ cơ- tin- điện tử (mechartonics) thể hiện sự kết hợp giữa cơ họcmáy với công nghệ thông tin vi điện tử học (micro electronics) ý tởng chủ yếuban đầu của cơ-tin-điện tử là cài lên các hệ máy móc các thiết bị điện tử rồi dầndần bản thân bên trong máy cũng thay đổi và chức năng của máy cũng đợc mởrộng thêm nhiều Còn về thiết bị điện tử chính xác hơn và vi điện tử thì các tiến

bộ mới cũng không ngừng đợc áp dụng Từ các mạch tích phân IC (Intergratedcircuit), đến các bộ vi sử lý (Microposessor), các bộ điều khiển lập trình đợcPLC, các máy tính PC

Phần nối ghép thành hệ thống giữa các thiết bị điều khiển vi điển tử vớicác thiết bị chấp hành trong máy (có thể là các thiết bị cơ, thiết bị thuỷ khí, thiết

bị điện hoặc điển từ) chủ yếu là các bộ cảm biến (sensor), các bộ biến đổi(converter) và các thiết bị của công nghệ thông tin

4.3 Robot và hệ thống sản xuất linh hoạt.

Nhu cầu của thị trờng cạnh tranh luôn luôn đòi hỏi các nhả sản xuất phảithay đổi mẫu mã, kích cỡ và thờng xuyên cải tiến nâng cao chất lợng sản phẩm

Nh vậy sự cạnh tranh hành hoá đặt ra một vấn đề thời sự là phải có hệ thống thiết

bị sản xuất thay đổi linh hoạt đợc để có thể đáp ứng đợc với sự biến động thờngxuyên của thị trờng Nhờ sự phát triển trong mấy chục năm gần đây của kỹ thuật

số và công nghệ thông tin chúng ta mới có khả năng “ mềm” hoá hệ thống thiệt

bị sản xuất Trên cơ sở đó đẵ ra đời hệ thống sản xuất linh hoạt FMS là phơngthức sản xuất linh hoạt hiện đại Nó có u điểm là các thiết bị chủ yếu của hệthống chỉ đầu t một lần, còn đáp ứng lại sự thay đổi của sản phẩm bằng phầnmềm máy tính điều khiển là chính Hệ thông FMS rất hiện đại nhng lại thích hợpvới quy mô sản xuất vừa và nhỏ Ngày nay các nớc phát triển các hệ thống FMS

có xu hớng thay thế dần các thiết bị tự động “ cứng” sản xuất hàng loạt lớn sảnphẩm Các hệ thống thiết bị tự động cứng này rất đắt tiền mà khi thay đổi về yêucầu sản phẩm thì phản đổi mới gần nh hoàn toàn Nh vậy, chúng nhanh chóngtrở nên lạc hậu vì không thích nghi đợc với thị trờng đầy biến động

ý tởng chủ đạo trong việc tổ chức hệ thống sản xuất hiện đại linh hoạt là

“linh hoạt hoá” và “modul hoá” Một hệ thống sản xuất linh hoạt có thể gồmnhiều modul linh hoạt Một trong những hệ thống nh vậy là hệ thống CIM(Computer Intergrated Manufacturing)- Hệ thống tích hợp sản xuất dùng máytính

Để tạo ra các modul sản xuất linh hoạt đó cần có một Robot nh một bộphận cấu thành ở đây, Robot làm những công việc chuyển tiếp giữa các máycông tác (ví dụ cấp, thoát phôi và dụng cụ cho các máy công tác)

Bản thân cơ cấu tay máy của Robot cũng là một cơ cấu linh hoạt Đó là cơcấu không gian hở (không khép kín), có bậc tự do d thừa nên độ cơ động rất cao.Mỗi khâu của cơ cấu có động lực riêng và chúng đợc điều khiển bằng chơngtrình phần mềm thay đổi đợc Có loại Robot lại có thể tự thay đổi thao tác củamình một cách linh hoạt khi nhận biết đợc các tín hiệu từ sự hoạt động của bảnthân (nội tín hiệu) Những cơ cấu nh vậy là cơ cấu điều khiển linh hoạt

4.4 Robot song song:

Sơ đồ động cơ cấu tay máy thông thờng là một chuỗi nối tiếp các khâu

động, còn trong Robot song song (RBSS) ở một khâu nào đó có thể nối động vớicác khâu khác, tức là nối song song với nhau và cùng hoạt động song song vớinhau Sự khác nhau về sơ đồ động đó cũng gây nhiều đặc điểm khác biệt về độnghọc và động lực học Ví dụ với Robot thông thờng thì giải bài toán động họcthuận sẽ dễ dàng hơn nhiều so với bài toán động học ngợc, còn với Robot songsong thì hoàn toàn ngợc lại

Hình 1-5:

ứng dụng Robot trong dây truyền sản xuất tự động

Vấn đề RBSS trở nên hấp dẫn nhiều nhà nghiên cứu từ giữa thập kỷ 90 khi

nó đợc ứng dụng dới dạng thiết bị có tên là Hexapod để tạo ra máy công cụ 5trục CNC có trục ảo Hexapod là một modul RBSS đợc kết cấu trên nguyên lý cơcâú Stewart Cơ cấu này gồm có 6 chân có độ dài thay đổi đợc, nối với giá vàtấm động theo ý muốn Stewart đã đề xuất sử dụng cơ cấu này để mô phỏng hoạt

động của thiết bị bay

Nh đã biết, máy cắt gọt CNC 3 trục không đáp ứng đợc nhu cầu gia côngchính xác các bề mặt phức tạp Vì thế xuất hiện nhu cầu tạo ra các máy CNC 5trục, tức là ngoài các trục X,Y,Z bổ xung thêm hai trục quay có thể thực hiện đ-

ợc trên bàn máy trên vật gia công hoặc trên giá đỡ trục dụng cụ cắt Các máyCNC 5 trục này rất đắt tiền (gần gấp đôi máy CNC 3 trục) Nếu sử dụng cơ cấuHexapod để tạo ra các trục hoặc tạo ra các trục bổ xung thì giá thành máy “CNCtrục ảo” này có thể hạ thấp rất nhiều lần

Ngoài các ứng dụng trong nghành chế tạo máy, công cụ RBSS còn đợc ápdụng hiệu quả trong dụng cụ y học, trong hệ thống mô phỏng, trong thiết bịthiên văn và trong kỹ thuật phòng không

4.5 Các xu thế ứng dụng Robot trong tơng lai:

Robot ngày càng thay thế nhiều lao động

ở đây chỉ đề cập đến Robot công nghiệp Trong tơng lai, kỹ thuật Robot

sẽ tận dụng hơn nữa các thành tựu khoa học liên nghành, phát triển cả về phầncứng, phần mềm và ngày càng chiếm lĩnh nhiều lĩnh vực trong công nghiệp

Số lợng lao động đợc thay thế ngày càng nhiều vì: càng ngày giá thànhRobot càng giảm, mặt khác chi phí tiền lơng và các khoản phụ khác cấp cho ngờilao động ngày càng cao

Robot ngày càng trở nên chuyên dụng: Khi Robot công nghiệp ra đời, ngời

ta thờng cố gắng làm sao để biểu thị hết khả năng của nó Vì thế xuất hiện rấtnhiều loại Robot vạn năng có thể làm đợc nhiều việc trên dây chuyền Tuy nhiênthực tế sản xuất chứng tỏ rằng, các Robot chuyển môn hoá đơn giản hơn, chínhxác hơn, học việc nhanh hơn và quan trong là rẻ tiền hơn Robot vạn năng CácRobot chuyên dụng hiện đại đều đợc cấu tạo thành từ các modul vạn năng Xuthế modul hoá ngày càng phát triển nhằm chuyên môn hoá việc chế tạo cácmodul và từ các modul đó sẽ cấu thành nhiều kiểu Robot khác nhau thích hợpcho từng loại công việc

Robot ngày càng đảm nhận nhiều loại công việc lắp ráp: Công đoạn lắpráp thờng chiếm tỷ lệ cao so với tổng thời gian sản xuất trên toàn bộ dây chuyền.Công việc khi lắp ráp là phải đòi hỏi rất cẩn thận, không đợc nhầm lẫn, thao tácnhẹ nhàng, tinh tế và chính xác nên cần thợ có tay nghề cao và phải làm việccăng thẳng suất cả ngày.

Khả năng thay thế ngời lao động ở những khâu lắp ráp ngày càng hiệnthực là do đã áp dụng đợc nhiều thành tựu mới về khoa học trong việc thiết kế,chế tạo Robot Ví dụ đã tạo ra những cấu hình đơn giản và chính xác trên cơ sở

sử dụng các vật liệu mới vừa bền, vừa nhẹ Trong đó nên kể đến các loại Robot

nh Adept Oen, SCARA, Đồng thời do thừa hởng sự phát triển kỹ thuật nhận vàbiến đổi tín hiệu (sensor), đặc kỹ thuật nhận và xử lý tín hiệu ảnh (vision) cũng

nh kỹ thuật tin học với các ngôn ngữ bậc cao, Robot công nghiệp đã có mặt trênnhiều công đoạn lắp ráp phức tạp Robot di động ngày càng trở nên phổ biến

Trong các nhà máy hiện đại, tên gọi phơng tiện dẫn đờng tự động AVG(Automatic Guided Vehicles) đã trở thành quen thuộc Loại đơn giản là nhữngchiếc xe vận chuyển nội bộ trong phân xởng đợc điều khiển theo chơng trình vớimột quỹ đạo định sẵn Càng ngày các thiết bị loại này cũng đợc hiện đại hoá nhờ

áp dụng kỹ thuật thông tin vô tuyến hoặc dùng tia hồng ngoại Vì vậy AGV đã

có thể hoạt động linh hoạt trong phân xởng Đó chính là Robot linh động và còngọi là robocar Một hớng phát triển linh hoạt và quan trọng của robocar là không

di chuyển bằng các bánh xe mà bằng chân, thích hợp với mọi địa hình

Robot đi đợc bằng chân có thể tự leo thang, là một đối tợng đang rất đợcchú ý trong nghiên cứu không những định hớng trong công nghiệp hạt nhân hoặctrong kỹ thuật quốc phòng mà ngay cả trong công nghiệp dân dụng thông thờng

ở đây việc tạo ra các cơ cấu chấp hành cơ khí bền vững, nhẹ nhàng, chính xác vàlinh hoạt nh chân ngời lại là đối tợng nghiên cứu chủ yếu

Robot ngày càng trở nên tinh khôn hơn: Trí khôn nhân tạo là một vấn đềrất đợc các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu với các mục đích khác nhau Kỹthuật Robot cũng từng bớc áp dụng các kết quả nghiên cứu về trí khôn nhân tạo

và đa vào ứng dụng công nghiệp Trớc hết là sử dụng các hệ chuyên gia, các hệthị giác nhân tạo, mạng nơron và các phơng pháp nhận dạng tiếng nói Cùng vớicác thành tựu mới trong nghiên cứu về trí khôn nhân tạo, Robot ngày càng cókhả năng đảm nhận đợc nhiều nguyên công trong dây chuyền sản xuất đòi hỏi sựtinh khôn nhất định

Vấn đề thiết bị cảm biến đợc nhiều ngành kỹ thuật quan tâm và cũng đạt

đợc nhiều thành tựu mới trong thời kì phát triển sôi động của lĩnh vực vi xử lý

Đó cũng là điều kiện thuận lợi trong việc áp dụng chúng trong kỹ thuật Robotnhằm tăng cờng khả năng thông minh của thiết bị

Những loại hình đợc quan tâm nhiều trong công nghiệp là các Robot thôngminh có các modul cảm biến để nhận biết đợc khoảng cách  tránh vật cản khithao tác, cảm biến nhận biết đợc màu sắc khi phân loại, cảm biến nhận biết đợclực khi lắp ráp Khi đợc lắp thêm các modul cảm biến này Robot đợc gọi vớinhiều tên mới Vídụ: Robot “nhìn đợc” (vision Robot), Robot lắp ráp (assembli),Robot cảnh báo (alarm Robot),

Để thông minh hoá Robot bên cạnh việc cài đặt bổ xung các modul cảmbiến “nội tín hiệu” và các modul cảm biến “ngoại tín hiệu” thì đồng thời có thểthông minh hoá Robot bằng các chơng trình phần mềm có khả năng tự thíchnghi và tự xử lý các tình huống

Nh vậy bằng cách bổ xung các modul cảm biến và các phần mền phù hợp

có thể nâng cấp cải tiến nhiều loại Robot Tuy nhiên bản thân các Robot nàyphải có các cơ cấu chấp hành linh hoạt chính xác Ngày nay có nhiều loại Robotthông minh không những có thể làm việc trong các phân xởng công nghiệp màcòn thao tác đợc ở bên ngoài, trên các địa hình phức tạp nh các loại Robot vũ trụ(space Robot), Robot tự hành (walking Robot), Robot cần cẩu (Robot crale), tạodựng từ các modul Robot song song

V giới thiệu về Robot Hamo

1 Giới thiệu về Robot Hamô.

Trong công nghệ ép nhựa, có một giai đoạn quan trọng đó là giai đoạnthoát phôi Thông thờng, sẽ có một xilanh thuỷ lực riêng để đẩy sản phẩm rangoài sau khi đã đợc làm nguội trong khuôn Nhng với những sản phẩm ép cầnphải qua một khâu nữa trong quá trình công nghệ, hoặc những sản phẩm có yêucầu cao về vấn đề vệ sinh, sạch sẽ thì trong một số máy ép nhựa hiện đại có trang

bị một tay máy chuyên để gắp sản phẩm ra từ khuôn đúc và đặt ra các vị trí khác

nh băng chuyền, vị trí gia công tiếp theo… Vì thế ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng Robot để tạo ra Những tay máy này sẽ đảm bảo quytrình ép các sản phẩm nhựa tự động hoàn toàn trên một dây chuyền sản xuất,Hamo chính là một trong những tay máy nh thế

2 Cấu trúc tay máy.

Tay máy là phần cơ sở, quết định khả năng làm việc của Robot Đó chính

là thiết bị cơ khí đảm bảo cho Robot có khả năng chuyển động trong không gian

và khả năng làm việc, nh nâng, hạ, lắp ráp ý tởng ban đầu của việc thiết kế vàchế tạo tay máy là mô phỏng các chức năng làm việc của tay ngời Về sau, đâykhông phải là điều bắt buộc nữa Tay máy hiện nay rất đa dạng và phong phú vànhiều loại có dáng vẻ khác xa so với con ngời Tuy nhiên trong kỹ thuật Robot tavẫn dùng các thuật ngữ quen thuộc nh vai (shoulder), cánh tay (arm), cổ tay(Wrist), bàn tay (Hand), và các khớp (Articulation) , để chỉ tay máy và các bộphận của nó

Trong thiết kế và sử dụng tay máy, ngời ta quan tâm đến các thông số có

Các tay máy có đặc điểm chung về kết cấu là gồm các khâu, đợc nối vớinhau bằng các khớp để hình thành một chuỗi động học hở, tính từ thân đến côngtắc Các khớp đợc dùng phổ biến là khớp trợt và khớp quay

Hình 1 – 6: Tay máy HARMO UE700SW-2R 6: Tay máy HARMO UE700SW-2R

Tuỳ theo số lợng và cách bố trí các khớp mà ta có thể tạo ra tay máy kiểutoạ độ Đề các, toạ độ trụ, hay toạ độ cầu, SCARA và kiểu tay ngời.

Tay máy kiểu toạ độ đề các: Hay còn gọi là kiểu hình chữ nhật, dùng 3khớp trợt, cho phép phần công tác thực hiện một cách độc lập các chuyển độngthẳng, song song với 3 trục toạ độ Vùng làm việc của tay máy có dạng hình hộpchữ nhật Do sự đơn giản về kết cấu, tay máy kiểu này có toạ độ cứng vững cao,

độ chính xác đợc đảm bảo đồng đều trong toàn bộ vùng làm việc, nhng ít khéoléo Vì vậy, tay máy kiểu toạ độ đề các đợc dùng cho vận chuyển và lắp ráp

Tay máy kiểu toạ độ trụ: Khác tay máy kiểu toạ độ Đềcác ở khớp đầu tiên:dùng khớp quay thay cho khớp trợt Vùng làm việc của nó có dạng hình trụ rỗng.Khớp trợt nằm ngang cho phép tay máy thò vào khoảng rỗng nằm ngang Độcứng vững của tay máy trụ rất tốt, thích hợp với tải trọng nặng, độ chính xác

định vị góc trong mặt phẳng ngang giảm khi tầm với tăng

Tay máy kiểu toạ độ cầu: Khác kiểu trụ do khớp thứ hai là khớp trợt đợcthay bằng khớp quay Nếu quỹ đạo chuyển động của phần công tác đợc mô tảtrong toạ độ cầu thì mỗi bậc tự do tơng ứng với một khả năng chuyển động vàvùng làm việc của nó là khối cầu rỗng Độ cứng vững của loại tay máy này thấphơn hai loại trên và độ chính xác định vị phụ thuộc vào tầm với Tuy nhiên loạinày có thể nhặt đợc cả vật dới nền

SCARA đợc để xuất lần đầu tiên vào năm 1979 tại trờng đại họcYahanashi (Nhật bản), dùng cho công việc lắp ráp Đó là một tay máy có cấu tạo

đặc biệt gồm hai khớp quay và một khớp trợt, nhng cả 3 khớp đều có trục songsong với nhau Kết cấu này làm tay máy cứng vững hơn theo phơng thẳng đứngnhng kém cứng vững theo phơng đợc chọn là phơng ngang Loại này chuyêndùng cho lắp ráp, với tải trọng nhỏ, theo phơng thẳng đứng Từ SCARA là viếttắt của: Selective Compliance Asembly Robot Arm để mô tả các hoạt động trên.Vùng làm việc của SCARA là một hình trục rỗng

Tay máy kiểu tay ngời: Có cả 3 khớp đều là khớp quay, trong đó trục thứnhất vuông góc với hai trục kia Do sự tơng tự với tay ngời, khớp thứ hai đợc gọi

là khớp vai, khớp thứ 3 là khớp khuỷu tay nối cẳng tay với khuỷu tay Với kiểukết cấu này không có sự tơng ứng giữa khả năng chuyển động giữa các khâu và

số bậc tự do Tay máy làm việc rất khéo léo nhng độ chính xác định vị phụ thuộcvào phần công tác trong vùng làm việc Vùng làm việc của tay máy kiểu này gầngiống một phần khối cầu

Toàn bộ kết cấu ở trên chỉ liên quan đến khả năng định vị của phần côngtác Muốn định hớng nó cần bổ xung phần cổ tay Muốn định hớng một cách tuỳ

ý phần cổ tay phải có ít nhất 3 chuyển động quanh 3 trục vuông góc với nhau

Trong trơng hợp trục quay 3 khop gặp nhau tại một điểm thì ta gọi đó là khớpcầu Ưu điểm lớn nhất của khớp cầu là tách đợc thao tác định vị và định hớngcủa phần công tác, làm đơn giản cho việc tính toán Các kiểu khớp khác có thể

đơn giản hơn về kết cấu cơ khí, nhng tính toán toạ độ khó hơn, do không tách

đ-ợc hai loại thao tác nói trên

Phần công tác: Là bộ phận trực tiếp tác động lên đối tợng Tuỳ theo yêucầu làm việc mà phần công tác có thể là tay gắn hoặc công cụ

Tay máy trong Robot Harmo: Tay máy Harmo có thể chuyển động theo 4bậc tự do khác nhau: 3 bậc tịnh tiến theo các phơng X, Y, Z và một bậc quay 900

quanh trục X Các bậc tự do theo Y, Z và quay quanh X thực hiện nhờ các xilanhkhí nén, bậc tự do theo phơng X đợc thực hiện nhờ động cơ điện

Chơng II nghiên cứu về kết cấu của Robot Hamo

I Nguồn động lực của Robot.

Hệ thống tay máy Harmô cấu tạo bởi các khối liên kết cơ khí với nhau, vìthế mà truyền dẫn cơ khí giữa các khâu, các khớp là truyền dẫn cơ khí thuầnthuý Một kết cấu cơ khí chỉ hoạt động khi có nguồn động lực tác động đến nó, ởtay máy này thì có nhiều nguồn động lực khác nhau đó là nguồn động lực từ

Động cơ và từ Khí nén để điều khiển các kết cấu cơ khí khác nhau trong tay máyHarmo Đi vào cụ thể từng nguồn động lực nh sau:

A Nguồn động lực là động cơ điện.

Hệ thống tay máy Harmo cấu tạo bởi các khối liên kết cơ khí với nhau, vìthế mà truyền dẫn cơ khí giữa các khâu, các khớp là truyền dẫn cơ khí thuầnthuý Một kết cấu cơ khí chỉ hoạt động khi có nguồn động lực tác động đến nó, ởtay máy này sử dụng nhiều nguồn động lực khác nhau: nguồn động lực là động

cơ điện và nguồn động lực khí nén để dẫn động các kết cấu cơ khí khác nhautrong tay máy Harmo.

1 Động cơ điện ba pha.

1.1 Khái niệm chung

ở bậc tự do di chuyển theo trục X có sử dụng đến động cơ xoay chiềukhông đồng bộ ba pha Động cơ điện làm việc theo nguyên lý cảm ứng từ, có tốc

độ quay của roto - n (tốc độ của máy) khác với tốc độ quay của từ trờng n1

Động cơ điện không đồng bộ có hai dây quấn: dây quấn stato (sơ cấp) nốivới lới điện tần số không đổi f Dây quấn roto (thứ cấp) đợc nối tắt lại hoặc khépkín qua điện trở Dòng điện trong dây quấn roto đợc sinh ra nhờ sức điện độngcảm ứng có tần số f2 phụ thuộc vào tốc độ roto nghĩa là phụ thuộc vào tải ở trêntrục của máy

Động cơ điện không đồng bộ so với các loại động cơ khác có cấu tạo vàvận hành không phức tạp, giá thành rẻ, làm việc tin cậy nên đợc sử dụng nhiềutrong sản xuất và sinh hoạt Dới đây ta chỉ xét động cơ điện không đồng bộ

Động cơ điện không đồng bộ có các loại: động cơ ba pha, hai pha và một pha

Động cơ điện không đồng bộ có công suất lớn trên 600W thờng là các

động cơ ba pha, trục các dây quấn lệch nhau trong không gian một góc 1200

điện

Các động cơ công suất nhỏ dới 600W thờng là động cơ hai pha hoặc mộtpha Động cơ hai pha có 2 dây quấn làm việc, trục của 2 dây quấn đặt lệch nhautrong không gian một góc 900 điện Động cơ điện một pha, chỉ có một dây quấnlàm việc

Các số liệu định mức của động cơ không đồng bộ là:

Công suất cơ có ích trên trục Pđm

Điện áp dây stato U1đm

Dòng điện dây stato I1đm

Tần số dòng điện stato fTốc độ quay roto nđm

Hệ số công suất cosđm

Hiệu suất đm

1.2 Cấu tạo động cơ điện không đồng bộ ba pha.

Cấu tạo của động cơ điện không đồng bộ ba pha gồm 2 bộ phận chủ yếu làstato và roto, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy Trên hình 2.1 vẽ mặt cắtngang trục máy, cho ta thấy rõ các lá thép stato và roto.

a) Stato

Stato là phần tĩnh gồm 2 bộ phấn chính là lõi thép và cuộn dây quấn ,ngoài ra có vỏ máy và nắp máy

Rôto Stato

Hình2.1

Hình 2 2

* Lõi thép Lõi thép stato hình trụ (hình 2 2a) do các lá thép kỹ thuật điện

đợc dập rãnh bên trong (hình 2 2), ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo h ớng trục Lõi thép đợc ép càp trong vỏ máy

-* Dây quấn Dây quấn stato làm bằng dây dẫn bọc cách điện (dây điện từ)

đợc đặt trong các rãnh của lõi thép (hình 2.2a) Trên hình 2.2b vẽ sơ đồ khaitriển dây quấn ba pha đặt trong 12 rãnh, dây quấn pha A trong các rãnh 1, 4, 7,

10, pha B trong các rãnh 3, 6, 9, 12rãnh, pha C trong các rãnh 5, 8, 11, 2

Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong ba pha dây quấn stato sẽ tạo ra từtrờng quay

a)

b)

a) d)

c

* Vỏ máy Vỏ máy làm bằng nhôm hoặc bằng gang Dùng để giữ chặt lõi

thép và cố định máy trên bệ Hai đầu vỏ có nắp máy, ổ đỡ trục Vỏ máy và nắp

máy dùng để bảo vệ máy

b) Roto

Roto là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy

Hình 2.3

* Lõi thép Lõi thép gồm các lá thép kỹ thuật điện đợc dập rãnh mặt ngoài

(hình 2.4a) ghép lại, tạo thành các rãnh theo hớng trục, ở giữa có lỗ để lắp trục

* Dây quấn Dây quấn roto của máy điện không đồng bộ có hai kiểu: roto

ngắn mạch (còn gọi là roto lồng sóc) và roto dây quấn Loại roto lồng sóc thờng

có công suất trên 100kW, trong các rãnh của lõi thép roto đặt các thanh đồng,

hai đầu nối ngắn mạch bằng 2 vòng đồng tạo thành lồng sóc (hình 2.3b)

ở động cơ công suất nhỏ, lồng sóc đợc chế tạo bằng cách đúc nhôm vào

các rãnh lõi thép roto, tạo thành thanh nhôm, hai đầu đúc vòng ngắn mạch và

cánh quạt làm mát (hình 2.3c) Động cơ điện có roto lồng sóc gọi là động cơ

không đồng bộ lồng sóc đợc ký hiệu nh hình 2.4d

Loại roto dây quấn, trong rãnh lõi thép roto, đặt dây quấn ba pha Dây

quấn roto thờng nối sao, ba đầu ra nối với ba vòng tiếp xúc bằng đồng, cố định

trên trục roto và dợc cách điện với trục (hình 2.4a) Nhờ ba chổi than tỳ sát vào

ba vòng tiếp xúc dây quấn, roto đợc nối với 3 vòng tiếp xúc, nhờ chổi than dây

quấn roto đợc nối với 3 biến trở bên ngoài, để mở máy hay điều chỉnh tốc độ

(hình 2.4b Loại động cơ này gọi là động cơ không đồng bộ roto dây quấn, trên

các sơ đồ điện đợc ký hiệu nh (hình 2.4c)

Hình 2- 4

b)

a) b) c)

Động cơ lồng sóc là loại rất phổ biến do giá thành rẻ và làm việc đảm bảo.

Động cơ roto dây quấn có u điểm về mở máy và điều chỉnh tốc độ song giáthành đắt và vận hành kém tin cậy hơn động cơ lồng sóc nên chỉ đợc dùng khi

động cơ lồng sóc không đáp ứng đợc các yêu cầu về truyền động

1.3 Từ trờng quay của dây quấn ba pha.

Dòng điện xoay chiều ba pha có u điểm lớn là tạo ra từ trờng quay trongcác máy điện

a) Sự tạo thành từ trờng quay.

Trên hình 2.6a,b,c vẽ mặt cắt ngang của máy điện ba pha đơn giản, trong

đó dây quấn ba pha đối xứng ở stato AX, BY, CZ đặt trong 6 rãnh Trục của cácdây quấn lệch nhau trong không gian một góc 120o điện

Giả thiết trong 3 dây quấn có dòng điện ba pha đối xứng chạy qua (hình2.6)

Bây giờ ta xét từ trờng ở các thời điểm khác nhau:

wt 0

wt wt=90+120 wt=90+240

tổng

tổng tổng

Hình 2.5

- Thời điểm pha t=90 0: ở thời điểm này, dòng điện pha A cực đại và

d-ơng (Xem hình 2.5a), dòng điện pha B và C âm theo qui định trên, dòng điện pha

A dơng, nên đầu A ký hiệu là , cuối X ký hiệu là ; dòng điện pha B và C kýhiệu là , cuối Y và Z ký hiệu là (xem hình 2.5a)

Dùng qui tắc vặn nút chai xác định chiều đờng sức từ trờng do các dòng

điện sinh ra (hình 2.5a), từ trờng tổng có một cực S và một cực N, đợc gọi là từtrờng một đôi cực (p=1) Trục của từ trờng tổng trùng với trục dây quấn pha A làpha có dòng điện cực đại

- Thời điểm pha t=90 0 +120 0: Là thời điểm sau thời điểm đã xét ở trênmột phần ba chu kỳ ở thời điểm này, dòng điện pha B cực đại và dơng, cácdòng điện pha A và C âm (hình 2.5b) Dùng qui tắc vặn nút chai xác định chiều

đờng sức từ trờng Ta thấy từ trờng tổng đã quay đi một góc là 1200 so với thời

điểm trớc Trục của từ trờng tống trùng với trục dây quấn pha B là pha có dòng

điện cực đại

- Thời điểm pha t=90 0 +240 0: Là thời điểm chậm sau thời điểm đầu 2/3chu kỳ; lúc này dòng điện pha C cực đại và dơng còn dòng điện pha A và B âm(hình 2.5c)

Từ trờng tổng ở thời điểm này đã quay đi một góc 2400 so với thời điểm

đầu Trục của từ trờng tổng trùng với trục của dây quấn pha C là pha có dòng

điện cực đại

Qua sự phân tích ở trên, ta thấy từ trờng tổng của dòng điện ba pha là từtrờng quay Từ trờng quay móc vòng với cả hai dây quấn stato và roto, đó là từtrờng chính của máy điện, tham gia vào quá trình biến đổi nằng lợng

Với cách cấu tạo dây quấn nh trên, ta có từ trờng quay một đôi cực Nếuthay đổi cách cấu tạo dây quấn, ta có từ trờng 2, 3 hay 4 v v đôi cực

b) Đặc điểm của từ trờng quay.

Từ trờng quay của hệ thống dòng điện ba pha đối xứng có 3 đặc điểmquan trọng

- Tốc độ từ trờng quay

Tốc độ từ trờng quay phụ thuộc vào tần số dòng điện stato f và số đôi cực

p Thật vậy, ở hình 2.6 khi dòng điện biến thiên một chu kỳ, từ trờng quay đợcmột vòng, do đó trong một giây dòng điện stato biến thiên f chu kỳ, từ trờngquay đợc f vòng Vậy khi từ trờng có một đôi cực, tốc độ của từ trờng quay là

n1=f vòng/giây khi từ trờng có 2 đôi cực, dòng điện biến thiên một chu kỳ, từ ờng quay đợc f/2 vòng (từ cực N qua S đến N là 1/2 vòng), do đó tốc độ từ tr ờngquay là n1=f/2 một cách tổng quát, khi từ trờng quay có p đôi cực, tốc độ từ tr-ờng quay (còn gọi là tốc độ đồng bộ) là:

tr-p f

n 1 (vòng/giây) (2.1a)

Hoặc n1 60p f (vòng/phút) (2.1b)

- Chiều quay của từ trờng.

Chiều quay của từ trờng phụ thuộc vào thứ tự

pha của dòng điện Muốn đổi chiều quay của từ trờng

ta thay đổi thứ tự hai pha với nhau (hình2.6)

Thật vậy, ở hình 2.6 khi thứ tự dòng điện các

pha cực đại lần lợt là pha A, pha B rồi đến pha C một

cách chu kỳ thì từ trờng quay từ trục dây quấn pha A

đến trục dây quấn pha B rồi đến trục dây quấn pha C một cách tơng ứng

Nh vậy nếu thay đổi thứ tự hai pha cho nhau, ví dụ dòng điện iB cho vàodây quấn CZ, dòng điện iC cho vào dây quấn BY, từ trớng sẽ quay theo chiều từtrục dây quấn AX đến trục dây quấn CZ (có dòng điện iB) rồi đến trục dây quấn

BY (có dòng điện iC), nghĩa là từ trờng quay theo chiều ngợc lại

- Biên độ của từ trờng quay

Từ trờng quay sinh ra từ thông  xuyên qua mỗi dây quấn ví dụ ta xét từthông của từ trờng quay xuyên qua dây quấn AX

Dây quấn các pha lệch về không gian với pha A một góc lần lợt là 1200 ,

2400, từ thông xuyên qua dây quấn AX do dây quấn ba pha là:

 = A + Bcos(-1200) + Ccos(-2400) (2.2) = A -

Từ thông của dòng điện pha A là:

A =Amaxsint Cuối cùng ta có:

A B C

X Y Z

Hình 2-6

hình 2.7

Vậy từ thông của từ trờng quay xuyên qua dây quấn biến thiên hình sin và

có biên độ bằng 3/2 từ trờng cự c đại của một pha

Đối với dây quấn m pha thì:

max= max

m

 (2.5)

1.4 Nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ

Khi ta cho dòng điện ba pha tần số f vào ba dây quấn stato, sẽ tạo ra từ

tr-ờng quay đôi cực, qiau với tốc độ là n1 60p f Từ trờng quay cắt các thanh dẫncủa day quấn roto, cảm ứng các sức điện động Vì dây quấn roto nối ngắn mạch,nên sực điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng trong các thanh dẫn roto Lực tácdụng tơng hỗ giữa từ trờng quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện roto,kéo roto quay cùng chiều quây từ trờng với tốc độ n

Để minh họa, trên hình 2.7 vẽ từ trờng quay tốc độ n1, chiều sức điện đông

và dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn roto, chiều các lực điện từ Fđt

Khi xác định chiều sức điện động cảm ứng theo qui tắc bàn tay phải, tacăn cứ ào chiều chuyển động tơng đối

của thanh dẫn với từ trờng

Nếu coi từ trờng đứng yên, thì

chiều chuyển động tơng đối của thanh

dẫn ngợc với chiều n1, từ đó áp dụng

qui tắc bàn tay phải, xác định đợc

chiều sđđ nh hình vẽ (dấu , chỉ chiều đi từ ngoài vào trang giấy)

Chiều lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái, trùng với chiều quay

n1 tốc độ n của máy nhỏ hơn tốc độ từ trờng quay n1 vì nếu tốc độ bằng nhau

s

1

1 1

2

n

n n n

n 



 (2.7)Khi roto đứng yên (n=0), hệ số trợt s=1; khi roto quay định mứcs=0,02I0,06, tốc độ động cơ là:

n= n1( 1 - s ) =60p f (1-s) vg/ph (2.8)

1.5.Mô hình tính toán của động cơ điện không đồng bộ.

a) Phơng trình điện áp dây quấn Stato.

Dây quấn stato của động cơ điện tơng tự nh dây quấn sơ cấp của máy biến

áp, ta có phơng trình điện áp là:

U1 I1Z1 E1 (2.9)Trong đó: Z1 =R1 + jX1 là tổng trở dây quấn stato

R1 là điện trở dây quấn stato

X1 = 2fL1 là điện kháng tản dây quấn stato, đặc trng cho từ thông tản stato

max – biên độ từ thông của từ trờng quay

b) Phơng trình dây quấn roto.

Từ trờng chính quay với tốc độ n1, roto quay với tốc độ n vậy từ trờng chính quay đối với dây quấn roto tốc độ trợt n2=n1-n

Tần số sức điện động và dòng điện trong dây quấn roto là:

f2= pn spn sf

60 60

1

2 (2.11)Tần số dòng điện roto lúc quay bằng hệ số trợt nhân với tần số dòng điện stato f Lúc roto đứng yên tần số dòng điện roto là f

Sức điện động pha dây quấn roto lúc quay là:

E2s=4,44f2w2kdq2max (2.12a)

E 2s

I 2

=4,44sfw2kdq2max (2.12b)

w2, kdq2 thứ tự là số vòng dây, hệ số dây quấn của dây quấn roto Hệ số

kdq2<1 nói lên sự giảm sức điện động do dây quấn roto rải trên các rãnh và bớcrút ngắn

Khi roto đứng yên s=1, tần số f2=f Sức điện động dây quấn roto lúc đứngyên là

E2=4,44fw2kdq2max (2.13)

So sánh (2.13) với (2.12b) ta thấy

E2s=sE2 (2.14)Sức điện động pha roto lực quay E2s bằng sức điện động pha roto lúckhông quay nhân với hệ số trợt s

Cũng tơng tự nh vậy điện kháng tản dây quấn roto lúc quay là:

X2s = 2f2L2=s 2fL2=s.X2 (2.15)Trong đó L2là điện cảm tản pha dây quấn roto, X2=2fL2 là điện kháng tảnroto lúc không quay Điện kháng tản roto lúc quay bằng điện kháng tản roto lúckhông quay nhân với hệ số trợt s

Từ (2.13) và (2.10) ta có tỷ số sđđ pha stato và roto là:

2 2

1 1 2

1

dq

dq

k w

k w E

E



ke gọi là hệ số qui đổi sức điện động roto

Chọn chiều E2s, I2 nh hình 2.8 Vì dây quấn

roto ngắn mạch, nên phơng trình điện áp dây

quấn roto quay là:

 E2s I2(R2  jX2s) (2.17a)

Hoặc: 0 s E2I2(R2  jX2s) (2.17b)Trong phơng trình 2.17 dòng điện roto có tần số f2=sfvà trị số hiệu dụng

là

2

2

2 2

2 2

)

(sX

R

sE I

Hình 2.8

1 2

2

60 60

sn p

f s p

Nh vậy từ trờng quay stato vf từ trờng quay roto không chuyển động tơng

đối với nhau Từ trờng tổng hợp của máy sẽ là từ trờng quay với tốc độ n1

Cũng lý luận nh ở máy biến áp, từ thông max có trị số hầu nh không đổỉứng với chế độ không tải và chế độ có tải Do đó ta có thể viết đợc phơng trìnhsức từ động của động cơ:

m1w1kdq1I1 - m2w2kdq2I2= m1w1kdq1I0

Trong đó: I0 là dòng điện stato lúc không tải

1

I ,I2 là dòng điện stato và roto khi động cơ kéo tải;

m1,m2 là số pha của dây quấn stato và roto

Các hệ số m1w1kdq1, m2w2kdq2 nói lên từ trờng quay do đồng thời m1 phastato và m2 pha roto sinh ra và có xét đến số vòng dây và cấu tạo các dây quấn

Dấu trừ trớc I2 vì ta chọn chiều I2 không phù hợp với chiều từ thông theoqui tắc vặn nút chai

Chia hai vế cho m1w1kdq1 và đặt:

2

2

2 2 2

1 1 1

k I k

w m

k w m

I

i dq dq

1 1 1

dq

dq

k w m

k w m

(2.20)

gọi là hệ số qui đổi dòng điện roto

1.6 Biểu đồ năng lợng và hiệu suất của động cơ điện không đồng bộ

Động cơ điện không đồng bộ nhận điện năng của lới điện, nhờ từ trờngquay, điện năng đã đợc biến thành cơ năng

Đồ thị quá trình năng lợng đợc vẽ trên hình 2.9, trong đó khi số pha stato

m1=3

Pđ1 Pst Pđ2 Pcf

P1 – công suất điện động cơ tiêu thụ của lới điện

R

2 2 2 2

s R

2

2 2 2 2

P





2 2

P là tổng các công suất tổn hao trong máy:

P = Pstl+Pđ1 +Pđ2 + Pcf

Pstl : tổn hao sắt từ trong lõi thép stato do dòng điện xoáy và từ trễ

Pđ1 : tổn hao trên điện trở dây quấn stato

Pđ1=3R1I1

Pđ2 : tổn hao trên điện trở dây quấn stato

Pđ2=3R2I2

Pcf : tổn hao cơ do ma sát ổ trục, quạt gió và tổn hao phụ.T

Tổn hao sắt từ trong lõi thép roto nhỏ (có thể bỏ qua vì tần số dòng điệnroto nhỏ.)

Thông thờng ngời ta xác định gần đúng hiệu suất nh sau:

=

n

t P k P P

P

2 0 2

Pn là tổng tổn hao trên điện trở dây quấn stato và rotokhi dòng điệnbằng dòng định mức.

Hiệu suất định mức của động cơ điện không đồng bộ khoảng 0,750,95

1.7 Mô men quay của động cơ không đồng bộ ba pha

ở chế độ động cơ điện, mômen điện từ đóng vai trò mômen quay, đợc tínhlà:

2 2 2

1 2

) ' (

U I

2

2 1

) (

) (

2

X X s

R R sw

R pU

R'2 S

Động cơ sẽ làm việc ở điểm mômen quay bằng mômen cản Mc.

Các đặc điểm của mômen quay động cơ không đồng bộ:

a) Mômen tỷ lệ với bình phơng điện áp, nếu điện áp đặt vào động cơ thay

đổi, mômen động cơ thay đổi rất nhiều Trên hình 2.13a vẽ đờng M=f(s) với các

2

X X

2 1 1

2 1

X X R R w

2

3

2 1 1

2 1

X X R w

= f(s) thay đổi nh hình 2.12b Tính chất này đợc sử dụng để điều chỉnh tốc độ và

mở máy động cơ roto dây quấn

Quan hệ giữa M, Mmax và sth có thể viết gần đúng nh sau:

M=

s

s s s

2 2 1

2

2 1

) (

) (

2

X X R

R w

R pU

1.8 Mở máy động cơ không đồng bộ ba pha.

Động cơ không đồng bộ ba pha có mômen mở máy Để mở máy đợc,mômen mở máy động cơ phải lớn hơn mômen cản của tải lúc mở máy, đồng thờimômen động cơ phải đủ lớn để thời gian mở máy trong phạm vi cho phép

Khi mở máy, hệ số trợt s=1, theo sơ đồ thay thế gần đúng, dòng điện phalúc mở máy:

2 1

2 2 1

1

) (

Dòng điện mở máy lớn bằng 57 lần dòng điện định mức Đối với lới

điện công suất nhỏ sẽ làm cho điện áp mạng điện tụt xuống, ảnh hởng đến sựlàm việc của các thiết bị khác Vì thế ta cần có các biện pháp giảm dòng điện mởmáy

a) Mở máy động cơ roto dây quấn

Khi mở máy, dây quấn roto đợc nối với biến trở mở máy (hình 2.14a) Đầutiên để biến trở lớn nhất, sau đó giảm dần đến không Đờng đặc tính mômen ứngvới các giá trị Rmở vẽ trên hình 2.14b

Muốn mômen mở máy cực đại, hệ số trợt tới hạn phải bằng 1:

sth= 1

2 1

Ipmở= 2

2 1

2 2

1

1

) (

Nhờ có dòng điện mở máy giảm xuống

Nh vậy, có Rmở mô men mở máy tăng, dòng điện mở máy giảm, đó là u

điểm lớn của động cơ roto dây quấn

stato

Roto a)

Hình 2-15 Hình 2-16

*Mở máy trực tiếp: Đây là phơng pháp đơn giản nhất, chỉ việc đóng trực

tiếp động cơ điện vào lới điện (hình 2.15) Khuyết điểm của phơng pháp này làdòng điện mở máy lớn, làm tụt điện áp mạng điện rất nhiều, nếu quán tính củamáy lớn, thời gian mở má sẽ rất lâu, có thể làm chảy cầu chỉ bảo vệ

Vì thế phơng pháp này dùng đợc khi công suất mạng điện (hoặc nguồn

điện) lớn hơn công suất động cơ rất nhiều, việc mở máy sẽ rất nhanh và đơngiản

* Giảm điện áp stato khi mở máy

Khi ta mở máy giảm điện áp đặt vào động cơ, để giảm dòng điện mở máy.Khuyết điểm của phơng pháp này là mômen mởmáy giảm rất nhiều, vì thế nó chỉ

sử dụng đợc đối với trờng hợp không yêu cầu mômen mở máy lớn Có các biệnpháp giảm điện áp nh sau:

- Dùng điện kháng nối tiếp vào mạch stato

Điện áp mạng điện đặt vào động cơ qua điện kháng ĐK (hình 2.16) lúc

mở máy cầu dao D2 mở, cấu dao D1 đóng Khi động cơ đã quay ổn định thì đóngcầu dao 2 để ngắn mạch điện kháng Nhờ có điện áp rơi trên điện kháng, điện áptrực tiếp đặ vào động cơ giảm đi k lần Dòng điện sẽ giảm đi k lần, song mômengiảm đi k2 lần (vì mômen tỷ lệ với bình phơng điện áp)

- Dùng máy tự biến áp

Điện áp mạng điện đặt vào sơ cấp máy tự biến áp (hình 2.17) Điện áp thứcấp máy tự biến áp đa vào động cơ Thay đổi vị trí con chạy để cho

lúc mở máy điện áp đặ vào động cơ nhỏ, sau đó dần dần tăng lên

bằng định mức Gọi k là hệ của máy tự biến áp ; U1 là điện áp pha

lới điện; zn là tổng trở động cơ lúc mở máy Điện áp pha đặt vào

động cơ khi mở máy là:

Uđc=U1/kDòng điện chạy vào động cơ lúc có máy tự biến áp:

Iđc=Uđc/zn=U1/kzn

Hình 2-17

Dòng điện I1 lới điện cung cấp cho động cơ lúc có máy tự biến áp là (dòng

điện sơ cấp của máy tự biến áp)

Iđc/k=U1/k2zn (2.34)Khi mở máy trực tiếp, dòng điện I1 bằng: I1=U1/zn (2.35)

So sánh 2.34 và 2.35 ta thấy, lúc có máy tự biến áp, dòng điện của lới điệngiảm đi k2 lần Đây là một u điểm so với phơng pháp dùng máy tự biến áp đợcdùng nhiều đối với động cơ công suất lớn Điện áp đặt vào động cơ giảm đi klần, nên mômen sẽ giảm đi k2 lần.

- Phơng pháp đổi nối sao – tam giác

Phơng pháp này chỉ áp dụng đợc đối với

những động cơ khi làm viẹc bình thờng dây quấn

stato nối hình tam giác

Khi mở máy ta nối hình sao để điện áp đặt

vào mỗi pha giảm 3 lần Sau khi mở máy ta nối

lại thành hình tam giác nh đúng qui định của

máy Trên hình 2.18 khi mở máy ta đóng cầu dao

sang phía Y, mở máy song đóng sang phía 

Dòng điện dây khi nối hình tam giác:

So sánh 2.37 và 2.36 ta thấy lúc mở máy kiểu đổi nói sao tam giác dòng

điện dây mạng điện giảm đi 3 lần Cũng nh trên, phơng pháp này mômen giảm

đi  2

3 =3 lần

Qua việc nghiên cứu các phơng pháp, chúng ta đều thấy mômen mở máygiảm xuống nhiều Để khắc phục điều này, ngời ta đã chế tạo loại động cơ lồngsóc kép và loại rãnh sâu có đặc tính mở máy tốt

1.9.Điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ

Tốc độ của động cơ điện không đồng bộ là:

n= n1( 1 - s ) =60p f (1-s) vg/ph

Nhìn vào biểu thức ta thấy với động vơ điện không đồng bộ roto lồng sóc

có thể điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số dòng điện stato, bằngcách thay đổi điện áp đặt vào stato Đối với động cơ roto dây quấn thờng điềuchỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở roto để thay đổi hệ số trợt s, việc điều

A B C

X Y Z

Hình 2-18

chỉnh thực hiện ở phía roto Đối với động cơ trên Robot Hamô thì sử dụng cách

điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số đầu vào

Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số

Việc thay đổi tần số f của dòng điện tato thực hiện bằng bộ biến đổi tần

số Ta thấy từ thông max tỷ lệ thuận với U1/f khi thay đổi tần số ngời ta mongmuốn giữ cho từ thông max không đổi, để mạch từ máy ở trạng thái định mức

Muốn vậy phải điều chỉnh đồng thời tần số và điện áp, giữ cho tỷ số giữahiệu điện áp U1 và tần số f không đổi

Việc điều chỉnh tốc độ quay bằng

thay đổi tần số thích hợp khi điều chỉnh cả nhóm động cơ lồng sóc Điều chỉnhtốc độ bằng thay đổi tần số cho phép điều chỉnh tốc độ một cách bằng phẳngtrong phạm vi rộng, song giá thành còn khá lớn

Ngoài ra còn có một số biện pháp khác để điều chỉnh tốc độ nh là:

*Thay đổi số đôi cực: phơng pháp này thờng sử dụng cho loại roto lồng

sóc Với u điểm là mặc dù điều chỉnh tốc độ nhảy cấp, nhng vẫn giữ nguyên độcứng của đặc tính cơ, động cơ nhiều cấp tốc độ đợc sử dụng rộng rãi trong cácnhà máy luyện kim, máy tầu thuỷ … Vì thế ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng Robot để tạo ra

*Thay đổi điện áp cung cấp cho stato: phơng pháp này chỉ đợc thực hiện

việc giảm điện áp Tuy nhiên có nhợc điểm là điều chỉnh tốc độ quay bằng điện

áp là giảm khả năng quá tải của động cơ phơng pháp này dùng chủ yếu đối với

động cơ công suất nhỏ

*Thay đổi điện trở mạch roto của động cơ roto dây quấn: Thay đổi bằng

cách mắc biến trở ba pha vào mạch roto Biến trở điều chỉnh tốc độ phải làm việclầu dài nên có kích thớc lớn hơn so với viến trở máy Trên hình 2.14 ta thấy rằngkhi tăng điện trở tốc độ quay của động cơ giảm

Nếu mômen cản không đổi, dòng roto không đổi, khi tăng điện trở đểgiảm tốc độ, sẽ tăng tổn hao công suất trong biến trở, do đó phơng pháp này

f1đm

f'1<f1đm

f''1<f'1