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

Lời nói đầu Sự phát triển vợt bậc cách mạng khoa học kỹ thuật, đặc biệt lĩnh vực điện tử, tin học thúc đẩy ngành khác, phát triển Xu hớng phát triển lĩnh vực công nghiệp giới tự động hoá, linh hoạt sản xuất theo hớng ứng dụng robot công nghiệp vào sản xuất Tuy nhiên Việt Nam nay, việc ứng dụng robot vào sản xuất hạn chế mẻ Những kỹ s phải có kiến thức sâu rộng robot công nghiệp ứng dụng robot công nghiệp vào sản xuất Chính suy nghĩ đa chúng em đến với đề tài: "Nghiên cứu, sửa chữa, phục hồi thiết kế, lắp đặt hệ thống điều khiển cho robot cấp phôi tự động xây dựng mô hình thí nghiệm cho robot pick-up" Vì đề tài lớn, nên nhóm chúng em gồm ngời Trần Thái Lai, Nguyễn Ngọc Thái, Nguyễn Mạnh Toàn, Trần Minh Hải, Bùi Trung Kiên, Phạm Đức Thành thực đề tài Trong nhóm ba ngời chúng em tập trung tìm hiểu phục hồi kết cấu khí, điều khiển cấu chấp hành, xây dựng mô hình thí nghiệm với chi tiết dạng trụ vào lập trình cho robot chạy theo mô hình xây dựng Là sinh viên khí chuyên ngành chế tạo máy, kiến thức chuyên sâu điện tử điều khiển nên chúng em gặp bối rối khó khăn tiếp cận với đề tài Tuy nhiên đợc hớng dẫn, bảo tận tình TS Phạm Văn Hùng, chúng em thực thành công đề tài này, robot mô hình thí nghiệm hoạt động ổn định với độ tin cậy cao thí nghiệm sinh động cho 450 sinh viên ngành chế tạo máy khoá 46 Vừa qua đề tài chúng em tham gia dự thi sinh viên nghiên cứu khoa học đợc giải khuyến khích Tuy bớc đầu có kết Nhng toán thực tế mà chúng em giải nên không tránh khỏi sai sót thiếu kinh nghiệm thực tế Chúng em mong nhận đợc bảo thầy cô giáo môn Máy Ma sát học để đề tài chúng em hoàn thành Sau chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Phạm Văn Hùng toàn thể thầy cô giáo môn Máy Ma sát học hớng dẫn bảo tạo điều kiện thuận lợi giúp chúng em hoàn thành đề tài Chơng I: giới thiệu Robot I lịch sử phát triển Robot công nghiệp: Nhu cầu nâng cao xuất chất lợng sản phẩm ngày đòi hỏi ứng dụng rộng rãi phơng tiện tự động hoá sản xuất Xu hớng tạo dây chuyền thiết bị tự động có tính linh hoạt cao hình thành Các thiết bị thay dần máy tự động cứng đáp ứng việc định lúc thị trờng luôn đòi hỏi thay đổi mặt hàng chủng loại Về kích cỡ tính v.v Vì ngày tăng nhanh nhu cầu ứng dụng Robot để tạo hệ thống sản xuất tự động linh hoạt Thuật ngữ Robot lần xuất vào năm 1922 tác phẩm Rossums Universal Robot nhà văn tiệp khắc có tên Karel Capek Theo tiếng Séc Robot ngời làm tạp dịch Trong tác phẩm nhân vật Rossum trai ông tạo máy gần giống nh ngời để hầu hạ ngời Thuật ngữ Inducstrial Robot (IR) xuất mỹ công ty AMF (Americal Machine and Foundry Company) quảng cáo mô thiết bị mang dáng dấp có số chức nh tay ngời đợc điều khiển tự động thực số thao tác để sản xuất thiết bị có tên gọi Versatran Quá trình phát triển IR đợc tóm tắt nh sau: - Từ năm 1950 mỹ xuất viện nghiên cứu - Vào đầu năm 1960 xuất sản phẩm có tên gọi Versatran công ty AMF - Anh ngời ta bắt đầu nghiên cứu chế tạo IR theo quyền mỹ từ năm 1967 - nớc Tây âu khác nh: Đức, ý, Pháp, Thụy Điển bắt đầu chế tạo IR từ năm 1970 - Châu có Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu ứng dụng IR từ năm 1968 Đến nay, giới có khoảng 200 công ty sản xuất IR số có 80 công ty Nhật, 90 công ty Tây Âu, 30 công ty Mỹ số công ty Nga, Tiệp II Phân loại Robot (IR): Theo chủng loại, mức độ điều khiển, nhận biết thông tin tay máy-ngời máy đợc sản xuất giới phân loại IR thành hệ sau: Thế hệ 1: hệ có kiểu điều khiển theo chu kỳ dạng chơng trình cứng khả nhận biết thông tin Thế hệ 2: hệ có điều khiển theo chu kỳ dạng chơng trình mềm bớc đầu có khả nhận biết thông tin Thế hệ 3: hệ có kiều điều khiển dạng tinh khôn, có khả nhận biết thông tin bớc đầu có số chức lý trí ngời Phân loại tay máy theo cấu trúc sơ đồ động: Thông thờng cấu trúc chấp hành tay máy công nghiệp đợc mô hình hoá dạng chuỗi động với khâu khớp nh nguyên lý máy với giả thuyết sau: - Chỉ sử dụng khớp động loại ( khớp quay, khớp tịnh tiến, khớp - Trục quay hớng tịnh tiến khớp song song hay vuông góc với - Chuỗi động chuỗi động hở đơn giản: vít) Ta ví dụ chuỗi động tay máy công nghiệp có bậc tự do, khớp A, B, F khớp tổng quát, có nghĩa chúng khớp quay, khớp tịnh tiến, khớp D, E, K khớp quay Các khâu đợc đánh số - giá cố định, tiếp đến khâu 1, 2, n - khâu động, khâu tổng quát ký hiệu khâu i, (i= 1, 2, 3, n), khâu n cuối mang bàn kẹp tay máy Tơng tự nh tay ngời để bàn kẹp gồm có loại chuyển động, tơng ứng với chuyển động dạng cấu trục máy nh sau: - Cấu trúc chuyển động toàn (chân ngời) cấu trúc thực chuyển động đem toàn tay máy (tay ngời) đến vị trí làm việc Cấu trúc đa dạng thông thờng tay máy hoạt động hệ thống mà chuyển động cần có kiểm soát Ngời ta thờng coi tay máy đứng yên, khâu gọi giá cố định tay máy - Cấu trúc xác định bàn kẹp bao gồm khớp A, B F khâu 1, 3, chuyển động cấu trúc đem theo bàn kẹp với vị trí làm việc Do giả thiết loại khớp động dùng chế tạo máy thông thờng ta có phối hợp sau khớp từ tạo nên cấu trúc xác định vị trí bàn kẹp không gian vị trí khác kẹp Phối hợp TTT nghĩa khớp khớp tịnh tiến khớp quay Đây cấu trúc hoạt động hệ toạ độ Đề Các so với toạ độ So điểm M nằm khâu khớp khớp tịnh tiến chuyển động quay (tức hai toạ độ dài) Phối hợp TRT, RTT, hay TTR nghĩa khớp tịnh tiến hai khớp quay( cấu trúc 2, 3, 4) Đây cấu trúc hoạt động hệ toạ độ trụ so với điểm M khâu đợc xác định chuyển động tịnh tiến chuyển động quay (tức hai toạ độ dài toạ độ góc) Phối hợp RTR, RRT, TTR nghĩa hai khớp tịnh tiến hai khớp quay ( cấu trúc 5, 6, 7, 8, 10) Đây cấu trúc hoạt động hệ toạ độ cầu so với hệ So, điểm M khâu đợc xác định chuyển động tịnh tiến hai chuyển động quay (tức toạ độ dài hai toạ độ góc) Phối hợp RRR tức khớp quay (các cấu trúc 11,12) cấu trúc hoạt toạ độ góc so với hệ So, điểm M khâu đợc xác định ba chuyển động quay (tức ba toạ độ góc), cấu trúc đợc gọi cấu trúc sinh học Tuy nhiên thực tế, tay máy chuyên dùng đợc sử dụng chuyên môn hoá đặc biệt để đảm bảo giá thành giá đầu t vào tay máy thấp, ngời ta không thiết lúc phải chế tạo tay máy có đủ ba khớp động cho cấu trúc xác định vị trí Đối với tay máy công nghiệp có 250 loại, số có 40% loại tay máy có điều khiển đơn giản thuộc hệ thứ Sự xuất IR gia tăng vai trò chúng sản xuất xã hội loài ngời làm xuất nghành khoa học nghành Robot học (Robotic) Trên giới nhiều nời xất viện nghiên cứu riêng Robot Việt Nam, từ năm thập kỷ 80 có viện nghiên cứu Robot III Sơ đồ cấu trúc chức Robot: Vậy Robot gì? cha có định nghĩa xác Robot, hai năm lần ngời ta lại tổ chức hội nghị khoa học bàn Robot, nhằm thông tin thành tựu đạt đợc nghiên cứu chế tạo Robot đồng thời thống kê thuật ngữ Robotic, để hiểu đợc IR trớc hết quan sát sở đồ cấu trúc chức IR nh sau: Ngời vận hành Hình 1-1: Sơ đồ cấu trúc chức Robot Thiết bị liên hệ Trong sơ đồ trên, đờng mối quan hệ thông tin thuận, với ngời vận hành thông tin huy nhiệm vụ Robot Các đờng mối liên hệ thông tin ngợc, thông tin phản hồi trình làm việc Robot Hệbộ thống Chức phậnđiều giaokhiển tiếp liên lạc với ngời vận hành thực trình dạy học cho Robot, nhờ Robot biết đợc nhiệm vụ phải thực Hệ thống Hệ thống Hệ thống Chức củađộng hệ thống điềuchịu khiển việc lực thực hiệnbiến truyền tín tái hiệuhiện lại hành động nhiệm vụ đợc học Bộ phận chấp hành giúp cho Robot có đủ sức chịu đợc tải trọng mà Môi trtrình ờng bên Robot phải chịu làm việc, phận bao gồm: Phần 1: Bộ phận chịu chuyển động , phần tạo khả chuyển động cho Robot Phần 2: Bộ phận chịu lực, phần chịu lực Robot Bộ cảm biến tín hiệu làm nhiệm vụ nhận biết, đo lờng biến đổi thông tin loại tín hiệu nh: nội tín thân Robot, tín hiệu vị trí, vận tốc, gia tốc, thành phần phận chấp hành ngoại tín hiệu, tín hiệu từ môi trờng bên có ảnh hởng tới hoạt động Robot Với cấu trúc chức nh trên, Robot phần mang tính ngời phần máy trạng thái vật lý cấu trúc Với IR tính chất ngời máy đợc thể đầy đủ nh trên, trì hình thức mang dáng dấp tay ngời Tay máy công nghiệp thờng có phận sau: Hệ thống điều khiển: Thờng loại đơn giản làm việc có chu kỳ vận hành theo nguyên lý hệ thống điều khiển hở kín Hệ thống chấp hành: Bào gồm nguồn động lực, hệ thống truyền động, hệ thống chịu lực nh: động thuỷ, khí nén, cấu servo điện tử, động bớc Mỗi chuyển động IR thờng có động riêng chịu lực Bàn kẹp: Là phận công tác cuối tay máy, nơi cầm nắm thiết bị công nghệ hay vật cần di chuyển IV ứng dụng Robot công nghiệp: Mục tiêu ứng dụng Robot công nghiệp: Nhằm góp phần nâng cao suất day truyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lợng khả cạnh tranh sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động ngời Điều xuất phát từ u điểm Robot đợc đúc kết qua nhiều năm đợc ứng dụng nhiều nớc Những u điểm là: - Robot thực quy trình thao tác hợp lý, ngời thợ lành nghề cách ổn định suốt thời gian làm việc Vì Robot nâng cao chất lợng khả cạnh tranh sản phẩm Hơn Robot nhanh chóng thay đổi công việc, thích nghi nhanh với việc thay đổi mẫu mã, kích cỡ sảm phẩm theo yêu cầu thị trờng - Có khả giảm giá thành sản phẩm ứng dụng Robot giảm đợc đáng kể chi phí cho ngời lao động nớc phát triển có mức tiền lơng ngời lao động cao, cộng với khoản phụ cấp bảo hiểm xã hội Theo số liệu Nhật Bản Robot làm việc thay cho ngời thợ tiền mua Robot tiền chi phí cho ngời thợ vòng 3-5 năm, tuỳ theo Robot làm việc ngày ca Còn Mỹ, trung bình làm việc Robot đem lại tiền lợi 13 USD nớc ta năm gần đay có nhiều doanh nghiệp có khoản chi phí lơng bổng chiếm tỷ lệ cao giá thành sản phẩm Hình 1-2: ứng dụng Robot phục vụ máy công cụ - Việc ứng dụng Robot làm tăng suất dây truyền công nghệ Sở dĩ nh tăng nhịp độ khẩn trơng dây truyền sản xuất, không thay ngời Robot thợ theo kịp chóng mệt mỏi Theo tài liệu Fanuc-Nhật Bản xuất có tăng lần - ứng dụng Robot cải thiện đợc điều kiện lao động Đó u điểm bật mà cần quan tâm Trong thực tế sản xuất có nhiều nơi ngời lao động phải lao động suốt buổi môi trờng bụi bặm, ẩm ớt, nóng nực, ồn mức cho phép nhiều lần Thậm trí nhiều nơi, ngời lao động phải làm việc dới môi trờng độc hại, nguy hiểm đến sức khoẻ ngời, dễ xảy tai nạn, dễ bị nhiễm hoá chất độc hại, nhiễm sóng điện từ, phóng xạ Hình 1-3: ứng dụng Robot trình hàn Các bớc ứng dụng Robot: Việc u tiên đầu t trớc hết để nhằm để đồng hoá hệ thống thiết bị, tự động hoá Robot hoá chúng cần thiết để định đầu t cho dây truyền công nghệ vài công đoạn Ngời ta thờng xem xét mặt sau: - Nghiên cứu trình công nghệ đợc Robot hoá phân tích toàn hệ thống rõ việc đầu t Robot hoá cha nên - Xác định đối tợng cần Robot hoá: Khi xác định cần phải thay Robot nguyên công phải xem xét khả liệu Robot có thay đợc không có hiệu không Thông thờng ngời ta u tiên chỗ làm việc nặng nhọc, bụi bặm ồn ào, độc hại, căng thẳng đơn điệu Xu hớng thay hoàn toàn Robot thực tế không hiệu việc giữ lại số công đoạn mà đòi hỏi khéo léo ngời - Xây dựng mô hình trình sản xuất đợc Robot hoá: Sau xác định đợc mô hình tổng thể trình công nghệ, cần xác định rõ dòng chuyển dịch nguyên liệu dòng thành phẩm để đảm bảo nhịp nhàng đồng hệ thống Có phát huy đợc hiệu đầu t vốn - Chọn lựa mẫu Robot thích hợp chế tạo Robot chuyên dùng Đây bớc quan trọng Robot có nhiều loại với giá tiền khác Nếu nh không chọn đầu t đắt mà không phát huy đợc hết khả năng, nh kiểu dùng ngời không chỗ Việc thờng xảy mua Robot nớc ngoài, có chức Robot đợc trang bị nhng không cần dùng cho công việc cụ thể mà đảm nhiệm dây truyền sản xuất, mà đội giá lên cao, có lợi cho nơi cung cấp thiết bị Cấu trúc Robot hợp lý cấu trúc theo modun hoá, nh hạ đợc giá thành sản xuất, đồng thời đáp ứng đợc nhu cầu phục vụ công việc đa dạng Cấu trúc đơn giản dễ thực với độ xác cao giá thành hạ Ngoài tự tạo dựng Robot thích hợp với công việc sở mua lắp modun chuẩn hoá Đó hớng triển khai hợplý đại phận xí nghiệp nớc cung nh tơng lai Các lĩnh vực ứng dụng Robot công nghiệp - Một lĩnh vực hay ứng dụng Robot kỹ nghệ đúc Thờng phân xởng đúc công việc đa dạng, điều kiện làm việc nóng nực, bụi bặm, mặt hàng thay đổi chất lợng vật đúc phụ thuộc nhiều vào trình thao tác Việc tự động hoá toàn phần phần trình đúc dây truyền tự động thông thờng với máy tự động chuyên dùng đòi hỏi phải có thiết bị phức tạp, đầu t lớn Ngày náy nhiều nớc giới Robot đợc dùng rộng rãi để tự động hoá công nghệ đúc, nhng chủ yếu để phục vụ máy đúc áp lực Robot làm đợc nhiều việc nh rót kim loại nóng chảy vào khuôn, cắt mép thừa, làm vật đúc làm tăng bền vật đúc cách phun cát Dùng Robot phục vụ máy đúc áp lực có nhiều u điểm: đảm bảo ổn định chế độ làm việc, chuẩn hoá thời gian thao tác, nhiệt độ điều kiện tháo vật đúc khỏi khuôn ép chất lợng vật đúc tăng lên Trong nghành gia công áp lực điều kiện làm việc nặng nề, dễ gây mệt mỏi phần xởng rèn dập nên đòi hỏi sớm áp dụng Robot công nghiệp Trong phân xơng rèn, robót thực công việc: đa phôi thừa vào lò nung, lấy phôi nung khỏi lò, mang đến máy rèn, chuyển lại phôi sau rèn xếp lại vật rèn vào giá thùng Sử dụng loại Robot đơn giản đa xuất lao động tăng lên 1,5-2 lần hoàn toàn giảm nhẹ lao động công nhân So với phơng tiện giới tự động khác phục vụ máy rèn dập dùng Robot có u điểm nhanh hơn, xác động Các trình hàn nhiệt luyện thờng bao gồm nhiều công việc nặng nhọc, độc hại nhiệt độ cao Do nhanh chóng ứng dụng Robot công nghiệp (hình 1-4) Hình 1- 4: ứng dụng Robot trình nhiệt luyện Khi sử dụng Robot việc hàn, đặc biệt hàn hồ quang với mối hàn chạy theo đờng cong không gian cần phải đảm bảo cho điều chỉnh đợc phơng khoảng cách điện cực so với mặt phẳng mối hán Nhiệm vụ cần đợc xem xét tổng hợp chuyển động bàn kẹp xây dựng hệ thống điều khiển có liên hệ phản hồi Kinh nghiệm cho thấy thực tốt công việc thống số chuyển động đầu điện cực chế độ hàn đợc điều khiển chơng trình thống nhất, đồng thời đợc trang bị phận cảm biến, kiểm tra điều chỉnh Ngoài Robot hàn phát huy tác dụng lớn hàn môi trờng đặc biệt - Robot đợc dùng rộng rãi gia công lắp ráp Thờng thờng ngời ta sử dụng Robot chủ yếu vào việc tháo lắp phôi sản phẩm cho máy gia công bánh răng, máy khoan, máy tiện bán tự động Trong nghành chế tạo máy dụng cụ đo chi phí lắp ráp thờng chiếm đến 40% giá thành sản phẩm Trong mức độ khí hoá lắp ráp không 10-15% sản phẩm hàng loạt 40% sản xuất hàng loạt lớn Bởi vậy, việc tạo sử dụng Robot lắp ráp có ý nghĩa quan trọng Phân tích trình lắp ráp thấy ngời gá đặt chi tiết để lắp chúng với làm nhanh thiết bị tự động Nhng thực động tác khác trình ghép chặt chúng chậm Bởi yếu tố thời gian độ xác định vị vấn đề quan trọng cần quan tâm thiết kế loại Robot lắp ráp Ngoài ra, yêu cầu loại Robot lắp ráp nâng cao tính linh hoạt để đáp ứng nhiều loại công việc, hạ giá thành dễ thích hợp với việc sản xuất loạt nhỏ Ngày xuất nhiều loại dây chuyền tự động gồm máy vạn Robot công nghiệp Các dây chuyền đạt mức độ tự động cao, tự động hoàn toàn, ngời trực tiếp tham gia, linh hoạt không đòi hỏi đầu t lớn nhà máy Robot dây chuyền đợc điều khiển hệ thống chơng trình Trong dây chuyền tự động có máy điều khiển theo chơng trình Robot đứng chỗ theo di động đờng ray Kỹ thuật Robot có u điểm quan trọng tạo nên khả linh hoạt hoá sản xuất Việc sử dụng máy tính điện tử, Robot máy điều khiển theo chơng trình cho phép tìm đợc phơng thức mẻ để tạo nên dây chuyền 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 chế tạo lúc quy trình công việc luôn cải tiến, nhu cầu chất lợng quy cách sản phẩm luôn thay đổi Bởi nhu cầu mềm hóa linh hoạt hoá dây chuyền sản xuất ngày tăng Kỹ thuật công nghiệp máy tính đóng vai trò quan trọng việc tạo dây chuyền tự động linh hoạt Xuất phát từ nhu cầu khả linh hoạt hoá sản xuất, năm gần không nhà khoa học mà nhà sản xuất tập trung ý vào việc hình thành áp dụng hệ sản xuất tự động linh hoạt, gọi tắt hệ sản xuất linh hoạt Hệ sản xuất linh hoạt ngày thờng bao gồm thiết bị gia công đợc điều khiển chơng trình số, phơng tiện vận chuyển, kho chứa phân xởng đợc tự động hoá nhóm Robot công nghiệp vị trí trực tiếp làm việc với thiết bị gia công thực nguyên công phụ Việc điều 10 Biểu đồ thời gian gắp chai vào 01 02 04 06 07 01 05 06 08 11 B u ?c Đầu Đầu vào 163 2.2 Mô hình gắp chi tiết dạng khối hộp Các thao tác Robot chu trình gắp hộp: Gắp hộp từ mô hình thả năm vị trí khác theo phơng OX + Thao tác 1: Đa tay máy theo phơng OY lần + Thao tác 2: Đa tay máy xuống dới theo phơng OZ lần + Thao tác 3: Sau tay máy đợc đa xuống vị trí thấp đa tay máy vào theo phơng OY lần vào vị trí kẹp chi tiết + Thao tác 4: Sau đa tay máy vào vị trí kẹp chi tiết tiến hành kẹp chặt chi tiết + Thao tác 5: Sau chi tiết đợc kẹp chặt đa tay máy theo phơng OY lần thứ + Thao tác 6: Đa tay máy lên theo phơng OZ lần + Thao tác 7: Đa tay máy vào theo phơng OY lần thứ + Thao tác 8: Đa tay máy theo phơng OX + Thao tác 9: Sau tay máy đợc di chuyển tới vị trí cần thả chi tiết theo phơng OX đa tay máy theo phơng OY lần thứ + Thao tác 10: Quay bàn kẹp thẳng đứng (vị trí VERTICAL) + Thao tác 11: Đa tay máy xuống theo phơng OZ lần thứ + Thao tác 12: Sau tay máy đợc hạ xuống thấp tới vị trí thả chi tiết tiến hành nhả kẹp + Thao tác 13: Sau nhả kẹp đa tay máy lên theo phơng OZ lần thứ + Thao tác 14: Quay bàn kẹp nằm ngang (vị trí HORIZONTAL) + Thao tác 15: Đa tay máy vào theo phơng OY lần thứ + Thao tác 16: Đa tay máy trở vị trí Home theo phơng OX, hoàn tất chu trình gắp hộp Sau gắp hết hộp từ mô hình thả năm vị trí khác nhau, Robot tự động gắp hộp thả vào mô hình, gồm thao tác: + Thao tác 17: Đa tay máy theo phơng OX + Thao tác 18: Sau tay máy đợc đến vị trí cần kẹp chi tiết theo phơng OX đa tay máy theo phơng OY 164 + Thao tác 19: Sau đa tay máy theo phơng OY quay bàn kẹp tới vị trí thẳng đứng + Thao tác 20: Sau quay bàn kẹp thẳng đứng đa tay máy xuống theo phơng OZ tới vị trí kẹp chi tiết + Thao tác 21: Kẹp chặt chi tiết + Thao tác 22: Sau kẹp chặt chi tiết đa tay máy lên theo phơng OZ + Thao tác 23: Quay bàn kẹp vị trí nằm ngang + Thao tác 24: Đa tay máy vào theo phơng OY + Thao tác 25: Đa tay máy vào theo phơng OX + Thao tác 26: Sau tay máy đợc đa vị trí Home (vị trí nhả kẹp ) tiến hành nhả kẹp hoàn tất chu trình gắp hộp vào Tơng tự nh mô hình gắp chai ta lập đợc bảng thống kê thao tác, tín hiệu điều khiển tơng ứng, tín hiệu phản hồi từ cảm biến cuối hành trình nh sau: Bảng kê thao tác Robot trình hoạt động tín hiệu điều khiển cần thiết nh tín hiệu phản hồi từ cảm biến Th Các Tín hiệu Tín hiệu chức phản hồi điều khiển từ cảm yêu cầu phụ biến khác Thao tác Gắp hộp Ra Đa tay máy theo phơng OY lần 1003- giữ Đa tay máy xuống theo phơng OZ 1004-giữ lần1 Đa tay máy vào theo phơng OY 1003 -thôi lần giữ Kẹp chi tiết Đa tay máy theo phơng OY lần 1003-giữ 04 06 03 Tạm dừng 1007-giữ 165 Tạm dừng 04 10 11 Đa máy lên theo phơng OZ lần 1004 -thôi giữ 1003 Đa tay máy vào theo phơng OY giữ 03 lần -thôi giữ Đa tay máy theo phơng OX 1002- giữ Đa tay máy theo phơng OY lần 1003- giữ 04 Quay bàn kẹp thẳng đứng 1005 07 Đa bàn kẹp xuống theo phơng OZ 1004- giữ 06 lần 12 Nhả kẹp 1007 13 Đa tay máy lên theo phơng OZ 14 Quay bàn kẹp nằm ngang 1004 1006 15 16 05 Bộ đếm Tạm dừng 05 08 1003 Đa tay máy vào theo phơng OY giữ 03 lần -thôi giữ Đa tay máy theo phơng OX 1001-giữ 01 Gắp hộp vào 17 18 19 Đa tay máy theo phơng OX Đa tay máy theo phơng OY Quay bàn kẹp thẳng đứng 1002-giữ 1003-giữ 1005 04 07 20 Đa bàn kẹp xuống theo phơng OZ 1004- giữ 06 21 Kẹp chi tiết 1007- giữ 22 Đa tay máy lên theo phơng OZ 05 23 Quay bàn kẹp nằm ngang 1004 1006 24 Đa tay máy vào theo phơng OY 03 25 Đa tay máy theo phơng OX 1003 1001- giữ 166 Bộ đếm Tạm dừng Tạm dừng 08 01 Tạm dừng Tạm 26 Nhả kẹp 1007 dừng Cũng tơng tự nh trên, ta lập đợc biểu đồ trạng thái, biểu đồ thời gian lập trình đợc sơ đồ thang điều khiển Robot HARMO trình gắp chai nh sau: Biểu đồ trạng thái điều kiện chuyển tiếp cáctrạng thái trình gắp hộp 167 Start 11 Home 01001 01004 Release 01007 05 T2 01;05 Rotate 90 Up 01006 Timer # 10 T3 07 Out Y Timer #20 01003 06 Timer # 30 T0 Down Down 01004 Rotate 01005 01004 08 06 In Y T1 keep T2 Out Y T0 01003 Timer # 40 counter Out X 01007 Timer # 10 Counter T1 In Y 01003 Timer # 30 01003 Timer # 40 05 Up Biểu đồ thời gian gắp hộp 168 01002 01004 14 13 12 11 10 ?c u B 01 05 06 07 08 11 01 Đầu vào 02 03 04 05 06 Đầu Biểu đồ trạng thái điều kiện chuyển tiếp 169 07 trạng thái trình gắp hộp vào Start 11 Home 01001 01;05 Rotate 90 01006 07 Release 05 01007 T0 Timer # 10 Out X 01002 Counter Counter Rotate 01005 08 Down 01004 06 Timer #20 T1 Keep Timer #10 T2 Up 170 01007 01004 Biểu đồ thời gian gắp hộp vào ?c u B 01 05 06 07 08 11 Đầu vào 01 02 04 05 06 Đầu 171 07 Kết luận Sau thời gian làm việc tích cực với thái độ nghiêm túc, tinh thần ham học hỏi, chúng em hoàn thành đề tài tiến độ đạt đợc số kết sau: Tìm hiểu nguyên lý thiết kế chung cho robot công nghiệp Xây dựng lại vẽ điện, điện tử, khí nén kết cấu khí Xây dựng thành công mô hình thí nghiệm với Robot cấp phôi tự động, mô tả lại đợc trình làm việc Robot cấp phôi thực tế, đồng thời lập trình cho Robot chạy theo mô hình thí nghiệm xây dựng Hiện Robot mô hình thí nghiệm hoạt động ổn định trở thành thí nghiệm phong phú cho môn học Robot công nghiệp Khắc phục đợc cố robot Đã nắm rõ đợc kết cấu khí Robot Harmo, thiết kế lắp đặt thành công hệ thống điều khiển cho Robot + Do đợc hoàn thành tiến độ nên đề tài kịp thời đa vào phục vụ cho 450 sinh viên ngành chế tạo máy khoá 46 làm thí nghiệm Robot công nghiệp Qua trình trực tiếp thực tập máy, dới hớng dẫn thầy giáo Phạm Văn Hùng chúng em thu nhận đợc nhiều kiến thức lĩnh vực Robot đặc biệt chúng em học đợc phơng pháp tiếp cận giải vấn đề nảy sinh thực tế Điều có ý nghĩa quan trọng chúng em tiếp xúc thực tế sau Với kinh nghiệm có đợc thực đề tài này, chúng em tính toán thiết kế đợc loại Robot công nghiệp tơng tự nh Robot Harmo Tuy nhiên thời gian hạn hẹp nên số công việc ý tởng cha đợc hoàn thiện 172 Một số đề hớng phát triển đề tài tơng lai - Qua nghiên cứu kết cấu mô đun dạy học Roboot, chúng em nhận thấy: Hiện việc dạy học cho Robot đợc thực cách thủ công thông qua việc bấm giữ nút bảng điều khiển Điều làm cho việc dạy học cha xác nhiều thời gian Vấn đề hoàn toàn khắc phục đợc cấu đặt cữ ta đặt thêm ENCORDER nh trục OX tín hiệu từ ENCORDER đợc gửi tới mô đun điều khiển riêng Mô đun điều khiển đợc thiết kế dựa thông số bớc ren vít me cho dạy học ngời điều khiển cần nhập quãng đờng dịch chuyển cần thiết vào (thông qua nút bấm có mô đun điều khiển) điều khiển tự động tính toán số vòng quay trục vít me số xung tơng ứng nhận từ ENCORDER đa giá trị vào làm giá trị đặt cho đếm Trong trình dạy học, vít me quay đủ số vòng quay cần thiết điều khiển tự động cắt nguồn điện tới động đặt cữ tay máy dừng vị trí yêu cầu Với việc tự động hoá thao tác đặt cữ (thao tác dạy học) giúp cho việc dạy học trở nên đơn giản, xác tiết kiệm đợc nhiều thời gian Việc phát triển đợc chúng em tiếp tục nghiên cứu hy vọng thời gian gần thành công Ngoài ra, để tăng thêm khả linh hoạt Robot Chúng ta mở rộng thêm hệ thống khí nén phục vụ chức khác nh thiết kế thêm bàn kẹp lắp cánh tay Robot để thực nhiều nhiệm vụ khác mà không cần thay đổi đồ gá (bàn kẹp) tới Robot thực nhiều nhiệm vụ khác chu kỳ làm việc Ví dụ nh: Robot không gắp phôi cho máy ép mà gắp sản phẩm đóng chai từ thiết bị đóng chai cho vào hộp, sau hộp đầy (đã đủ chai) Robot lại sử dụng bàn kẹp khác để gắp hộp đặt lên băng tải vận chuyển tới kho Hoặc thiết kế hệ thống phanh hãm an toàn Hệ thống phanh hãm treo tay máy vị trí cao trờng hợp nguồn khí nén nhằm tránh tình trạng tay máy lao xuống gây nguy hiểm cho ngời vận hành máy móc Hệ thống phanh hãm hoạt động nguồn khí nén cung cấp cho Robot Một hớng phát triển mà chúng em muốn đề cập tới cải tạo lại má kẹp có Robot để Robot gắp đợc nhiều chi tiết có hình dạng kích thớc khác mà không cần phải điều chỉnh lại bàn kẹp Việc điều chỉnh kích thớc má kẹp đợc tự động thực má kẹp Giải pháp cụ thể mà chúng em đa lắp đạt thêm má kẹp má kẹp phụ có 173 thể chuyển động tịnh tiến vào dọc trục piston kẹp gắn hai nam châm điện Việc đấu dây nam châm điện đợc thiết kế cho trạng thái nhả kẹp nam châm điện hút lẫn khoảng cách má kẹp đợc lới rộng thêm Có thể kẹp đợc chi tiết có kích thớc lớn Còn trạng thái kẹp nam châm điện lại đẩy Khi dới tác dụng lực điện từ nam châm điện má kẹp đợc tự động đẩy xa (tăng thêm khoảng cách kẹp má kẹp) Có thể kẹp đợc chi tiết có kích thớc nhỏ Hiện Robot hoạt động với hai chơng trình độc lập: Gắp chai gắp hộp vuông Để thí nghiệm tăng thêm sinh động, chúng em tiến hành ghép hai chơng trình lại với thành chơng trình thống liên thông theo hớng: Robot vào gắp hết hộp vuông ra, sau gắp chai ra, tiếp tới gắp chai vào cuối gắp hộp vuông vào, kết thúc chu trình làm việc Robot 174 Mục lục Trang Chơng I: giới thiệu Robot I lịch sử phát triển robot công nghiệp II Phân loại robot(IR) 1.Theo chủng loại, mức độ điều khiển, nhận biết thông tin tay máyngời máy 2 Phân loại tay máy theo cấu trúc sơ đồ động III Sơ đồ cấu trúc chức Robot IV ứng dụng Robot công nghiệp Mục tiêu ứng dụng Robot công nghiệp .6 Các bớc ứng dụng Robot Các lĩnh vực ứng dụng robot công nghiệp Nội dung nghiên cứu phát triển Robot công nghiệp 13 4.1 Nhận xét trình phát triển robot công nghiệp 13 4.2 Cơ-tin-điện tử robot công nghiệp 14 4.3 Robot hệ thống sản xuất linh hoạt 15 4.4 Robot song song 16 4.5 Các xu ứng dụng robot tơng lai 17 V giới thiệu robot Harmo .20 Giới thiệu rôbốt Harmo 20 Cấu trúc tay máy 20 Chơng II: nghiên cứu kết cấu robot Harmo 25 I Nguồn động lực robot .25 A Nguồn động lực động điện 25 Động điện ba pha 25 1.1 Khái niêm chung 25 1.2 Cấu tạo động điện không đồng ba pha 26 1.3 Từ trờng quay dây quấn ba pha 29 1.4 Nguyên lý làm việc động điện không đồng 33 1.5.Mô hình tính toán động điện không đồng 35 1.6 Biểu đồ lợng hiệu suất động điện không đồng 38 1.7 Mô men quay động không đồng ba pha 39 1.8 Mở máy động không đồng ba pha .42 1.9.Điều chỉnh tốc độ động điện không đồng 46 Động điện pha 48 B Nguồn động lực khí nén 50 Lịch sử phát triển 50 ứng dụng khí nén 51 2.1 lĩnh vực điều khiển 51 2.2 Trong hệ thống truyền động 52 175 Một số đặc điểm hệ thống truyền động khí nén 52 Ưu nhợc điểm hệ thống truyền động khí nén 53 4.1 Ưu điểm 53 4.2 Nhợc điểm 53 Các thiết bị khí nén 54 5.1 Các thiết bị phân phối khí nén 54 5.2 Các thiết bị điều khiển hệ thống 59 5.3 Cơ cấu chấp hành .67 Mạch khí nén điều khiển khí nén robot Harmo .74 II cảm biến .77 Giới thiệu chung 77 1.1 Cảm biến tín hiệu gần 79 1.2 Cảm biến tín hiệu xa 80 Các loại cảm biến robot Harmo 81 III Bộ biến tần Inverter 83 Iv Điều khiển PLC .87 1.Các phận hệ thống PLC 89 2.Cấu trúc chung PLC 90 3.Cấu trúc bên PLC 91 V giới thiệu kết cấu nguyên tắc hoạt động bậc tự 95 Bậc tự 95 Giới thiệu kết cấu bậc tự 97 2.1 Bậc tự chuyển động theo trục X .97 2.2 Bậc tự tịnh tiến dọc trục Y 102 2.3 Bậc tự tịnh tiến dọc trục Z 109 2.4 Bậc tự quay theo trục OX 114 Chơng III: số tính toán kiểm nghiệm 125 I thiết lập phơng trình động học cho robot harmo 125 Thiết lập hệ toạ độ Robot .125 Xác định thông số động học .126 Thiết lập mô hình biến đổi ma trận biến đổi 128 Phơng trình động học Robot 133 II Tính khối lợng kẹp bàn kẹp 135 III Tính toán vận tốc gia tốc 137 Tính toán vận tốc gia tốc bậc tự tịnh tiến theo trục X .37 Tính toán vận tốc gia tốc bậc tự tịnh tiến theo trục Y .140 Tính toán vận tốc gia tốc bậc tự tịnh tiến theo trục Z 144 Tính toán vận tốc gia tốc bậc tự quay quanh trục X 146 Chơng IV: thiết kế lắp đặt mô hình thí nghiệm 152 I xây dựng mô hình thí nghiệm lập trình cho Robot chạy theo mô hình vừa xây dựng .152 176 Mục đích yêu cầu mô hình thí nghiệm 152 Xây dựng mô hình 152 II Lập trình PLC cho Robot hoạt động theo mô hình 155 Cơ sở lý thuyết lập trình plc 155 1.1 Lập trình sơ đồ thang Ladder Diagram 155 1.2 Lập trình phần mềm SYSWIN máy tính 164 Lập trình PLC cho Robot hoạt động theo mô hình xây dựng 169 2.1 Mô hình gắp chi tiết dạng hình trụ 169 2.2 Mô hình gắp chi tiết dạng khối hộp 183 Kết luận .192 177 [...]... tỷ lệ các loại Robot với các loại phơng pháp điều khiển khác nhau: 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:... này đợc diễn giải nh hệ thống sản xuất linh hoạt, hoàn toàn tự động từ khâu tính toán thiết kế, điều hành sản xuất, gia công và các công việc phụ khác 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: 1 Đúc áp lực 18,3% 2 Hàn điểm 14,7% 3 Hàn hồ quang 12,3% 4 Cấp thoát phôi 9,6% 5 Lắp ráp 9,5% 6 Nghiên cứu, đào tạo 5,7% 7 Phun... khi lắp ráp Khi đợc lắp thêm các modul cảm biến này Robot đợc gọi với nhiều 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 cảm biến nội tín hiệu và các modul cảm biến ngoại tín hiệu thì đồng thời có thể thông minh hoá Robot bằng các chơng trình phần mềm có khả năng tự thích nghi và tự. .. xuất tự 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 gồm nhiều modul linh hoạt Một trong những hệ thống nh vậy là hệ thống CIM (Computer Intergrated Manufacturing)- Hệ thống tích hợp sản xuất dùng máy tính Để tạo ra các modul sản xuất linh hoạt đó cần có một Robot nh một bộ phận cấu thành ở đây, Robot. .. 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 sản phẩm Các hệ thống thiết bị tự động cứng này rất đắt tiền mà khi thay đổi về yêu cầu sản phẩm thì phản đổi mới gần nh hoàn toàn Nh vậy, chúng nhanh chóng trở nên lạc hậu vì không thích nghi đợc với thị trờng đầy biến động 13 Hình 1-5: ứng dụng Robot trong dây... 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, vì thế mà truyền dẫn cơ khí giữa các khâu, các khớp là truyền dẫn cơ khí thuần thuý Một kết cấu cơ khí chỉ hoạt động khi có nguồn động lực tác động đến nó, ở tay 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... không đồng bộ (hình 2.11 b) M n n1 2 M' Mmax Mc Mc 0 M Mma s M Mma 2 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 a) b) Hình 2-11 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 điện áp khác nhau U1 < U1 b) Mô men có trị... 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, vì thế mà truyền dẫn cơ khí giữa các khâu, các khớp là truyền dẫn cơ khí thuần thuý Một kết cấu cơ khí chỉ hoạt động khi có nguồn động lực tác động đến nó, ở tay máy này sử dụng nhiều nguồn động lực khác nhau: nguồn động lực là động 21 cơ điện và nguồn động. .. 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 a) b) 24 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 giá thành đắt và vận hành kém tin cậy hơn động cơ lồng sóc nên chỉ đợc dùng khi động cơ lồng... 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 phơng thức sản xuất linh hoạt hiện đại Nó có u điểm là các thiết bị chủ yếu của hệ thống chỉ đầu t một lần, còn đáp ứng lại sự thay đổi của sản phẩm bằng phần mềm máy tính điều khiển là chính Hệ thông FMS rất hiện đại nhng lại thích hợp với quy mô sản