tài liệu cung cấp các thông số vận hành của robot IRB2400 của hãng ABB như khối lượng, cân nặng, công suất, phạm vi hoạt động,, các phương thức điều khiển robot, phương trình động học thuận ,lệnh rapid và phần mềm mô phỏng robotstudio 4.1, các cách tạo ra một chương trình điều khiển, và nạp chương trình đó cho robot.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Trang 2Trang 2
MỤC LỤC
MỤC LỤC 2
DANH MỤC HÌNH VẼ 3
LỜI NÓI ĐẦU 4
I CẤU TRÚC PHẦN CỨNG 5
1.The Manipulator 5
2.The Controller 13
II.ĐIỀU KHIỂN ROBOT 18
1.AUTOMATIC MODE 18
2.JOGGING THE ROBOT USING THE JOYSTICK 19
2.1.Thiết lập 1 số thông số khi điều khiển bằng tay 19
2.2.Điều khiển bằng tay chuyển động thẳng dọc 1 trục tọa độ 22
2.3.Điều khiển robot chuyển động theo từng khớp 23
III:PROGRAM 24
1.Tập lệnh của chương trình 24
2.Sửa và thay đổi 1 chương trình 30
3.Nạp chương trình cho robot 32
3.1.Nạp chương trình qua cổng Ethernet 32
3.2.Nạp chương trình qua ổ đĩa mềm và mạng LAN 36
IV PHẦN MỀM MÔ PHỎNG 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO 38
Trang 3Trang 3
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1: Hệ thống IRB2400-16 5
Hình 2:Tải trọng 6
Hình 3:Tầm với 6
Hình 4: Kích thước 7
Hình 5:Các trục và hướng chuyển động của robot 8
Hình 6:Trục phụ và phụ kiện đi kèm 9
Hình 7:Tủ điều khiển cho robot 13
Hình 8:Kết nối của tủ với bên ngoài 13
Hình 9:Mạch vòng điều khiển động cơ 15
Hình 10:I/O 16
Hình 11:Cấu trúc máy tính 16
Hình 12:Teach pendant 17
Hình 13: Operator’s panel 18
Hình 14:Base 20
Hình 15:Tool 21
Hình 16:Wobj 21
Hình 17:World 22
Hình 18:Điều khiển khớp chuyển động 23
Hình 19:Cấu trúc chương trình 24
Hình 20:Nạp chương trình 32
Hình 21:Floppy disk 36
Hình 22:Giao diện robotstudio 37
Trang 4Trang 4
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay công nghiệp ngày càng phát triển, kèm theo đó các thiết bị giúp nâng cao sản xuất và thuận tiện cho quá trình sản xuất ngày càng được phát triển và phổ biến Do
đó nhu cầu về việc tìm hiểu các thiết bị tham gia vào quá trình sản xuất cũng ngày càng được đề cao
Robot công nghiệp là một thành phần quan trọng không thể thiếu trong các dậy chuyền sản xuất với mức độ tự động hóa cao,nó có thể định nghĩa là 1 cơ cấu cơ khí có thể lập trình và làm những công việc theo mong muốn của lập trình viên.Robot công nghiệp đóng vai trò giảm cường độ lao động cho người lao động,tăng năng suất và độ chính xác gia công,góp phần tăng chất lượng và số lượng đồng thời giảm giá thành sản phẩm
Bài báo cáo này được viết ra nhằm tìm hiểu,vận hành Robot công nghiệp 6 bậc tự
do của hãng ABB IRB2400-16 với tủ điểu khiển S4CPLUS-M2000
Em xin cam đoan những kiến thức trong bản báo cáo này hoàn toàn là do nỗ lực tìm hiểu của bản thân mà có được
Cuối cùng,em xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy ,Cô Viện Điện trường Đại Học Bách Khoa đã cho em những kiến thức cốt lõi trong nhiều năm học tập vừa qua,lời cảm ơn đến thầy A đã tận tình chỉ bảo,giúp đỡ,giải đáp những khúc mắc để chúng em có thể hoàn thành đợt thực tập và thu được những kiến thức thực tế bổ ích
Sinh viên thực hiện
Trang 5Trang 5
I CẤU TRÚC PHẦN CỨNG
IRB2400-16 là một trong những sản phẩm robot công nghiệp phổ biến của hãng ABB ,được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới.Là loại robot 6 bậc tự do,nó có khả năng vận hành chính xác và cực kì hiệu quả,giúp tăng vượt trội năng suất cho các hệ thống sản xuất
Đây là bộ phận chấp hành của hệ thống(cánh tay robot).Nó nhận tín hiệu điều khiển
từ tủ điều khiển và hoạt động di chuyển theo một cách chính xác
Các đặc tính của robot(Manipulator):
Độ lặp lại:0,03(mm)
Khối lượng robot: 380 kg
Tải trọng:16(kg)
Trang 6Trang 6
Hình 2:Tải trọng
Tầm với(phạm vi hoạt động của robot):
Hình 2:Tầm với
Trang 8Trang 8
Mối liên hệ giữa công suất tiêu thụ và tốc độ:
Tốc độ [mm/s] Công suất tiêu thụ [kW]
Bậc tự do: IRB2400-16 là loại robot với 6 bậc tự do
Hình 4:Các trục và hướng chuyển động của robot
Các trục với kiểu chuyển động Góc quay Tốc độ quay lớn nhất
Axis 1: chuyển động quay 360° 150°/s
Axis 2: chuyển động tay đòn 210° 150°/s
Axis 3: chuyển động nhờ tay đòn 125° 150°/s
Axis 5: chuyển động cong 240° 360°/s
Axis 6: tum chuyển động quay 800° 450°/s
Trang 9Trang 9
Hình 5:Trục phụ và phụ kiện đi kèm
Động học thuận robot
- Tham số của thanh nối và khớp
Xét hai khớp i và i+1, thanh i nối giữa hai khớp i và i+1, được biểu diễn trên hình trên
Như minh họa trên hình trên là độ dài pháp tuyến chung của trục khớp i
và i+1; là góc giữa hai trục của khớp I và i+1 (góc giữa trục i+1 và đường thẳng song son trục I nằm trong mặt phẳng chứa trục i+1 và trực giao với pháp tuyến chung )
Tương tự xét trục khớp i-1 Pháp tuyến chung của trục khớp I và i-1 là Khoảng cách giữa hai chân pháp tuyến chung của trục I là Góc là góc giữa hai pháp tuyến chung của trục khớp i
Trang 10Trang 10
Đối với khớp quay, là góc quay của khớp Do đó là biến của khớp quay Đối với khớp tịnh tiến, là độ dịch chuyển tịnh tiến của khớp, nên đặt là biến của khớp tịnh tiến
1.2 Phép biểu diễn Danevit-Hartenberg
Phép biểu diễn D-H (Danevit-Hartenberg ) dùng để mô tả mối quan hệ giữa các thanh nối, khớp và tay robot
Theo phương pháp D-H, khung tọa độ thanh nối I được xây dựng theo
nguyên tắc sau: (theo hình …)
- Gốc khung tọa độ thanh I đặt trùng với chân pháp tuyến chung của trục I và i+1 và nằm trên trục khớp i+1
- Trục đặt theo phương của trục khớp i+1
- Trục đặt theo phương pháp tuyến chung của trục I và i+1 theo hướng đi từ trục I đến i+1
Một số trường hợp đặc biệt:
- Khi hai trục z cắt nhau: sẽ không có pháp tuyến chung giữa hai khớp Khi đó điểm gốc của khung tạo độ là giao điểm của hai trục và trục x được đặt dọc theo đường vuông góc với mặt phẳng chứa hai trục z đó
- Hai trục song song, sẽ có nhiều pháp tuyến chung của khớp trước Gốc
khung tọa đọ chọn sao cho là nhỏ nhất
- Đối với khớp tịnh tiến: khoảng cách là biến khớp Hướng của trục khớp trùng với hướng di chuyển của khớp Hướng của trục được xác định, nhưng
vị trí trong không gian khôn được xác định Khi đó chiều dài khôn có ý nghĩa nên đặt Gốc tọa độ đặt trùng với gốc thanh nối tiếp theo
Theo nguyên tắc đặt khung tọa độ như trên, bắt đầu gắn khng tọa đọ từ bệ (thân) robot và khung tọa độ 0: trục trùng với trục khớp 1
- Động học thuận của robot ABB – IRB2400
Trang 12Trang 12
[
]
Phép biến đổi biểu diễn tay robot so với thân robot nhận được dạng sau:
Trang 13
Trang 13
2.The Controller
Hình 6:Tủ điều khiển cho robot
Tủ điều khiển S4CPLUS-M2000 là trung tâm điều khiển chính cho
robot(Manipulator)
Hình 7:Kết nối của tủ với bên ngoài
Trang 14S4CPLUS chứa biến áp,bộ biến đổi nguồn,bộ tạo xung,hệ thống máy tính xử lí và các khối chức năng khác có nhiệm vụ tạo xung điều khiển,tính toán…điện áp đầu vào cung cấp cho tủ là 200VAC:63A hoặc 600VAC:25A
Hệ thống máy tính chính trong tủ được chia làm ba phần:
Main Computer:
Phần này có nhiệm vụ tiếp nhận và thực hiện chương trình RAPID,kiểm soát đường đi của robot,đảm nhiệm giao tiếp giữa người-robot,kết nối điều khiển quạt làm mát,điều khiển bộ tạo nguồn,xung…
Trang 15Trang 15
Hình 8:Mạch vòng điều khiển động cơ.
I/O Computer:đây là phần kết nối máy tính chính với hệ thống dây chuyền công nghệ,máy móc bên ngoài
Tủ gồm 16 đầu vào và 16 đầu ra,sử dụng nguồn 24VDC-5,5mA do bộ nguồn trong
tủ cung cấp
Trang 16Trang 16
Hình 9:I/O
Hình 10:Cấu trúc máy tính
Trang 17Trang 17
Tủ cung cấp 2 phương thức điều khiển là điều khiển bằng tay với bảng điều khiển
Teach pendant và điều khiển lập trình tự động
Hình 11:Teach pendant
Trang 18Trang 18
II.ĐIỀU KHIỂN ROBOT
1.AUTOMATIC MODE
Automatic mode là chế độ điều khiển robot hoạt động theo chương trình lập sẵn
được sử dụng khi chạy 1 chương trình vận hành sản xuất Để sử dụng chế độ này ta thao tác như sau:
Bước 1:Chọn operating mode selector :
Hình 12: Operator’s panel
Màn hình hiển thị:
Bước 2:Nhấn Motors On trên operator’s panel
Trang 19Trang 19
Bước 3:Chọn Start để chạy chương trình đang được lưu trữ trên bộ nhớ robot
Bước 4:Muốn dừng chương trình ta nhấn Stop trên Teach pendant
2.JOGGING THE ROBOT USING THE JOYSTICK
Bạn có thể điều khiển bằng tay để di chuyển robot Tốc độ di chuyển của robot sẽ tỉ
lệ thuận vào tốc độ di chuyển của tay cầm(joystick),tốc độ di chuyển của tay cầm càng cao thì robot di chuyển càng nhanh(tuy nhiên tốc độ tối đa của robot mà bộ điều khiển thiết lập giới hạn là 250mm/s)
2.1.Thiết lập 1 số thông số khi điều khiển bằng tay
Nhấn nút jogging màn hình hiển thị các thông số chính trong chế độ điều khiển này:
Các thông số chính gồm có:
Coord(chọn trục tọa độ)
Tool(chọn công cụ)
Joystick lock(khóa những hướng điều khiển không mong muốn)
Incremental(thay đổi tỉ lệ di chuyển tay cầm/di chuyển robot)
Trong đó chọn hệ trục tọa độ để điều khiển robot là quan trọng nhất,nó ảnh hưởng trực tiếp tới hướng và vị trí mà robot di chuyển
Trong Coord có 4 lựa chọn:
World
Trang 22Trang 22
Hình 16:World
2.2.Điều khiển bằng tay chuyển động thẳng dọc 1 trục tọa độ
Sau khi đã lựa chọn được những cài đặt mong muốn,ta sẽ thao tác để điều khiển
robot bằng joystick như sau:
Bước 1:Chọn operating mode selector :
Bước 2:Chọn ‘motion unit’ và ‘motion type’:
Bước 3:Nhấn giữ hờ nút enabling device để chuyển qua chế độ Motors On
Bước 4:bây giờ ta có thể sử dụng joystick để điều khiển robot
TCP 0 di chuyển sẽ phụ thuộc vào việc bạn di chuyển cần điều khiển theo trục nào(x,y,z)
Trang 23Trang 23
2.3.Điều khiển robot chuyển động theo từng khớp
Hình 17:Điều khiển khớp chuyển động.
Trang 24 Subroutines:các câu lệnh trong chương trình chính
Program data:dữ liệu về các yêu cầu cho chương trình(như vị trí,tốc độ,hệ tọa độ,hướng di chuyển…)
Trang 25 Tool1 là hệ tọa độ yêu cầu
Ngoài ra,việc xây dựng các tập lệnh di chuyển sẽ dễ dàng hơn nếu ta biết rõ kích thước chu trình mà ta mong muốn robot di chuyển,khi đó,ta chỉ cần tọa độ của điểm xuất phát
Trang 26Trang 26
Chức năng chính của robot là di chuyển chính xác giữa các vị trí và thực hiện những thao tác đơn giản như gắp,hàn,vặn ốc,cắt gọt…do vậy,1 chương trình viết lên phần lớn là những lệnh di chuyển này
1.2.Lệnh thao tác với I/O và thanh ghi
Tủ S4C ngoài việc điều khiển robot cũng chứa các I/O vào ra để nhận và gửi tín hiệu với hệ thống bên ngoài như dây chuyền sản xuất,PLC…
Các lệnh này giúp ta thao tác dễ dàng với các cổng ngõ đó
Lệnh thay đổi giá trị đầu ra:
Trang 29Trang 29
Lệnh rẽ nhánh:
Ngoài ra,ngôn ngữ RAPID còn hỗ trợ rất nhiều lệnh lập trình khác giúp lập trình viên
có thể tạo ra những chương trình điều khiển chính xác và tối ưu,nhờ đó,robot có thể được ứng dụng rộng rãi hơn
1 chương trình RAPID đơn giản:
Trang 30Trang 30
2.Sửa và thay đổi 1 chương trình
Chúng ta có thể tạo ra 1 chương trình theo ý muốn bằng cách sửa 1 chương trình có sẵn trong bộ nhớ robot
trữ trong bộ nhớ robot
Bước 2:Nhấn enabling device và nhấn FWD.di chuyển robot bằng lệnh đầu tiên của
chương trình
Trang 31Trang 31
Bước 3:Dời robot đến vị trí mới với joystick
Bước 4:Nhấn ModPos (function key)
Bước 5:Nhấn yes nếu bạn muốn thay đổi vị trí đang mặc định trong robot thành vị trí
hiện tại
Bước 6:Nhấn enabling device và FWD 1 lần nữa để dời robot đến vị trí tiếp theo
Lặp lại 3-6 lần và đi qua tất cả chương trình training
Những vị trí 1,2,3,4 trong chương trình training sẽ được thay thế bằng những vị trí mới mà ta chọn
Bước 7:Chạy từng bước chương trình mới để kiểm tra
Dừng chương trình ở vị trí bất kì và nhấn Instr (function key) để chấm dứt chương trình thử nghiệm
Trang 32Trang 32
3.Nạp chương trình cho robot
Có 3 cách để nạp chương trình cho robot
Hình 19:Nạp chương trình
3.1.Nạp chương trình qua cổng Ethernet
Để có thể kết nối máy tính với hệ thống qua cổng ethernet,ta sử dụng phần mềm RobInstall được cung cấp bởi ABB
Giao diện chương trình:
Bước 1:tạo hệ thống điều khiển robot mới
Chọn New:
Trang 33Trang 33
1:đặt tên cho thư mục mới mình tạo
2:điền key chương trình vào (fuiiin26UipsCJ)
Màn hình hiện lên,chọn next
Khi đến cuối finish là kết thúc bước 1
Bước 2:Tải chương trình từ máy tính lên thư mục vừa tạo
Chọn Update
Trang 34Trang 34
Nhấn brown để tìm đến file chương trình trong máy tính.chọn thư mục hệ thống vừa tạo và nhấn OK
Bước 3:Tải chương trình từ thư mục hệ thống vào tủ điều khiển robot
Chỉnh địa chỉ IP của máy tính theo IP của CPU trong tủ điều khiển, như sau:
Nhấn download:
Trang 35Trang 35
Trang 36
Trang 36
Kết thúc việc tải chương trình nên,khi đó ta sử dụng teach pendant để chạy
chương trình
3.2.Nạp chương trình qua ổ đĩa mềm và mạng LAN
Ngoài ra,chương trình cũng có thể được đưa vào robot thông qua ổ đĩa
mềm(floppy disk) hoặc mạng MC Ethernet(LAN).Tuy nhiên do đĩa mềm không còn được sử dụng phổ biến,lên cổng này hiện chỉ còn sử dụng để chạy các đĩa mềm chứa chương trình test và bảo dưỡng,training Robot do nhà sản xuất cung cấp
Hình 20:Floppy disk
Trang 37Thông qua phần mềm này,chúng ta có thể tạo,mô phỏng và chạy thử chương trình lập trình để kiểm tra trước khi đưa chương trình vào robot.Nó cũng hỗ trợ rất nhiều các công cụ để việc lập trình trở lên đơn giản hơn với các thao tác di chuyển thay vì phải viết các dòng lệnh phức tạp
Hình 21:Giao diện robotstudio
Trang 38Trang 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Sách ‘Điều khiển Robot công nghiệp” –TS.Nguyễn Mạnh Tiến
Toàn bộ tài liệu đi kèm với robot ABB IRB2400-16 do hãng ABB cung cấp