Nghiên cứu ứng dụng phương pháp lập trình phi trực tuyến trên robot hàn hồ quang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Đinh Văn Bân NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH PHI TRỰC TUYẾN TRÊN ROBOT HÀN HỒ QUANG Chuyên ngành: Công nghệ hàn LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Bùi Văn Hạnh Hà Nội – Năm 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn không chép tài liệu hiện sử dụng (ngoại trừ tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm theo demo, tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm viết tiếng Anh làm tài liệu tham khảo kiến thức tài liệu học tập nghiên cứu phép sử dụng) Nội dung nghiên cứu bao gồm: Thiết kế hệ thống robot-đồ gá vật mẫu theo mơ hình thực; lập trình cho single robot; lưu giữ chương trình định dạng zip; chạy mơ chương trình phần mềm SimulationViewer; truyền file chương trình từ máy tính sang robot hàn; gọi chương trình kiểm tra hàn mẫu, kết trình mà tác giả nghiên cứu, thử nghiệm phần mềm “AX-OT” “AX-PM” robot hàn hồ quang AX-V6 thực nghiệm trường Đại học SPKT Hưng Yên Những kết thử nghiệm lưu giữ, giới thiệu thuyết minh ghi lại hình ảnh hồn tồn trung thực Tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm lời cam đoan Hà Nội, tháng 10 năm 2010 Tác giả Đinh Văn Bân MỤC LỤC Trang phụ bìa……………………………………………………………………… Lời cam đoan……………………………………………………………………… Danh mục chữ viết tắt, ký hiệu…………………………………………… Danh mục hình vẽ, đồ thị……………………………………………………… PHẦN MỞ ĐẦU Chương 10 TỔNG QUAN VỀ ROBOT HÀN HỒ QUANG AX-V Error! Bookmark not defined 1.1 Cấu hình hệ thống robot hàn hồ quang (AX-V6) 10 1.2 Thiết bị ngoại vi 13 1.3 Thông số chế độ hàn thiết lập robot hàn 14 Chương 18 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRÊN ROBOT HÀN HỒ QUANG 18 2.1 Phương pháp điều kiển thích nghi (tự nhận dạng quỹ đạo) 18 2.2 Phương pháp điều khiển lập trình 20 2.2.1 Phương pháp lập trình trực tuyến (online teaching) 21 2.2.2 Phương pháp lập trình phi trực tuyến (off-line teaching) 25 Chương 27 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH PHI TRỰC TUYẾN TRÊN PHẦN MỀM AX-OT 27 3.1 Giới thiệu phần mềm 27 3.2 Thiết kế mơ hình (tạo phơi) sử dụng phần mềm “Dish” 29 3.2.1 Khởi động phần mềm .29 3.2.2 Thiết kế mơ hình phơi hàn theo yêu cầu kỹ thuật 31 3.2.3 Lưu file vừa tạo vào thư mục (C:\AX-OT\bin) .42 3.2.4 Chạy phần mềm MakeRapid để dịch file sang định dạng chuẩn .43 3.3 Lập trình phi trực tuyến phần mềm robot hàn hồ quang (AX-OT) 44 3.3.1 Lập trình cho robot sử dụng Demo 44 3.3.1.1 Khởi động phần mềm AX- OT 44 3.2.1.2 Lập chương trình cho robot theo biên dạng đường hàn 47 3.3.1.3 Kiểm tra, lưu giữ chương trình vừa lập 54 3.3.1.4 Lưu lại chương trình định dang “zip” .59 3.3.1.5 Chạy mô phần mềm “SimulationViewer” 59 3.3.2 Lập trình cho Single robot 61 3.3.2.1 Thiết lập Cell .61 3.3.2.2 Thiết lập mơ hình sử dụng phần mềm đồ họa “proengineer” 64 3.3.2.3 Lập trình ứng dụng theo mơ hình thực tế 66 Chương 70 TẢI CHƯƠNG TRÌNH TỪ MÁY TÍNH VỀ ROBOT-KIỂM TRA ĐÁNH 70 GIÁ BẰNG HÀN THỰC NGHIỆM TRÊN MẦU 70 4.1 Kết nối máy tính với robot 70 4.1.1 Khởi động AX-PM 70 4.1.2 Cài đặt môi trường dịch vụ 71 4.2 Truyền File từ phần mềm mô sang robot 75 4.2.1 Nguyên tắc chung truyền file 75 4.2.2 Kết nối với robot 76 4.2.3 Danh sách file điều hàn robot 77 4.3 Chạy thử nghiệm robot hàn hồ quang AX-V6 84 Chương 5………………………………………………………………………… .91 5.1 Kết nhận từ nghiên cứu, thử nghiệm bàn luận…………………91 5.2 Đánh giá kết Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt sử dụng luận văn Ký hiệu Nội dung Ih Cường độ dòng điện hàn (A) Uh Điện áp hàn (V) Vh Tốc độ/ vận tốc hàn (mm/p) αđ Hệ số đắp g/A.h Fđ Diện tích tiết diện ngang mối hàn (mm2) γ Khối lương riêng kim loại đắp (g/cm3) Hz Tần số dao động PC Personal Computer (máy tính cá nhân) RC Robot Comtrol (điều khiển robot) TCP Giao thức máy tính IP Địa mạng máy tính Danh mục hình vẽ: Hình 3.1 Phơi đơn dạng có vát cạnh 35 Hình 3.2 Liên kết giáp mối chữ V 38 Hình 3.3 Liên kết góc chữ T (phơi tấm) 40 Hình 3.4 Phơi đơn dạng ống 41 Hình 3.5 Liên kết giáp mối (phơi ống) 41 Hình 3.6 Liên kết góc chữ T (phơi ống) 42 Hình 3.7 Liên kết góc nghiêng 600 (phơi ống) 42 Hình 3.8 Mơ quỹ đạo hàn (chương trình lập DEMO) 58 Hình 3.9 Mơ hình liên kết hàn có biên dạng thay đổi 64 Hình 3.10 Mơ hình đồ gá (mẫu bàn hàn trường ĐH SPKT Hưng n) 64 Hình 3.11 Mơ quỹ đạo hàn (chương trình lập single Robot) 69 PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Cùng với nhịp độ phát triển mạnh mẽ kinh tế giới nước ta nay, việc ứng dụng phần mềm vào đào tạo sản xuất cần thiết, ngồi cịn có vai trị lớn phát triển cơng nghệ…Chính việc nghiên cứu ứng dụng phần mềm có ý nghĩa thực tiễn, kết nghiên cứu giúp cho q trình đào tạo có hiệu hơn, làm sở cho việc thúc đẩy trình khí hố tự động, tăng suất, nâng cao chất lượng sản phẩm Trong lập trình qua phần mềm mô trước đưa vào sản xuất đóng vai trị quan trọng Một nhiệm vụ người điều khiển Robot hàn phải biết lập trình máy, cao phải biết lập trình máy tính truyền liệu sang robot hàn thực Trường Đại học SPKT Hưng Yên trang bị robot hàn hồ quang AX-V6 phần mềm lập trình mơ phỏng, nhiên việc ứng dụng phần mềm vào dạy học nhiều hạn chế, với phương pháp dạy lập trình trực tiếp robot hàn cần nhiều thời gian, hiệu xẩy cố Việc nghiên cứu dạy kỹ lập trình phần mềm mơ kết hợp với học lập trình trực tiếp robot hàn cho sinh viên trường có hiệu hơn, tơi nhận nghiên cứu luận văn thạc sỹ: “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp lập trình phi trực tuyến robot hàn hồ quang” Lịch sử nghiên cứu Từ năm 1981-1989 nước có s ti nghiờn cu (Đề tài 58.01.03; đề tài 52B.03.01) Kết nghiên cứu đề tài đáp ứng yêu cầu tiếp cận mà có ứng dụng ban đầu kỹ thuật bảo hộ lao động phục vụ công tác đào tạo cán kỹ thuật nước ta Sau năm 1990 ngành công nghiệp ta bắt đầu đổi mới, số sở liên doanh đà nhập ngoại nhiều robot phục vụ cho nhiều công việc như: tháo lắp dụng cụ cho trung tâm gia công, lắp ráp linh kiện điện tử, tháo sản phẩm, c biệt hàn phun phủ bề mặt v v Ứng dụng robot công nghiệp sản xuất : Trong ngành khí, robot sử dụng nhiều công nghệ đúc, công nghệ hàn, cắt kim loại, sơn, phun phủ kim loại, tháo lắp vận chuyển phôi, lắp ráp sản phẩm đặc biệt lĩnh vực hàn: robot hàn hồ quang dây truyền hàn vỏ xe ô tô, khung xe máy, robot dùng chế tạo phục hồi chi tiết máy Các hệ robot: Trước hệ robot hàn hồ quang AX-V thịnh hành, lịch sử phát triển robot nói chung, robot hàn hồ quang nói riêng trải qua hệ như: Hệ tọa độ Đề : trục robot tọa độ Đề đường thẳng vận động, hình bao kết làm việc hộp sắc nét Hệ tọa độ trụ: kết hợp đường thẳng với chuyển động quay Robot thường có chuyển động quay chuyển động thẳng Chuyển động trục tạo thành hình trụ sắc nét cho robot To¹ ®é ®éc cùc: hƯ to¹ ®é cđa robot này, cã chuyển động quay chuyển động thứ chuyển động thẳng Các chuyển động trục tạo thành hình bao làm việc hình cầu Th hệ robot có bậc tự (robot Pegasus): HƯ toạ độ robot ny s dụng hệ toạ độ góc, với hệ toạ độ có ba chuyển động thực góc xoay (các góc ϕ, β vµ β ) Víi viƯc sư dụng hệ toạ độ có ưu điểm lớn gọn nhẹ, vùng thao tác robot tương đối lớn so với kích thước thân robot Robot hàn hồ quang mơi trường khí bảo vệ ứng dụng nhiều sản xuất Cơ khí dùng cho hàn hồ quang (tiêu chuẩn), hàn điểm (tùy chọn), gắp (tùy chọn), dán (tùy chọn), phun nhiệt (tùy chọn), hàn lase lai ghép (tùy chọn, hệ thống robot đồ gá tự động sử dụng nhiều dây truyền sản xuất Tuy có số phần mềm mơ dùng lập trình hàn mơ máy tính, việc nghiên cứu ứng dụng phầm mềm lập trình phi trực tuyến vào sản xuất đào tạo hạn chế, chưa thấy đề tài nghiên cứu ứng dụng phầm mềm lập trình phi trực tuyến cơng bố Mục đích nghiên cứu, đối tượng , phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu phương pháp điều khiển lập trình mơ phần mềm AX-OT AX-PM từ mơ hình thực tế, ứng dụng đào tạo để nâng cao hiệu quả, rút ngắn thời gian lập trình robot hàn, tránh cố lập trình chạy kiểm tra Nghiên cứu, chạy thử nghiệm robot hàn AX-V6 với biên dạng đường hàn thay đổi Phục vụ cho đào tạo kỹ điều khiển lập trình robot hàn hồ quang, ứng dụng vào thực tế dây truyền sản xuất Ứng dụng thành tựu CNTT kỹ thuật điều khiển Nội dung nghiên cứu đóng góp đề tài - Ứng dụng phần mềm AX-OT lập trình phi trực tuyến hệ thống robot-đồ gáchi ảo với mơ hình có đường hàn biên dạng thay đổi - Ứng dụng phần mềm AX-PM, thục thành công việc truyền file từ máy tính sang robot hàn chạy thử nghiệm hàn chi tiết thật Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm phần mềm “AX-OT”, hàn thử nghiệm robot hàn hồ quang “AX-V6” mẫu hàn thép, với biên dạng đường hàn thay đổi Sau thời gian nghiên cứu, thử nghiệm robot hàn AX-V6 phần mềm “AX-OT; AX-PM” sở hướng dẫn nhiệt tình TS Bùi Văn Hạnh, đến luận văn hoàn thành Do thời gian, kiến thức kinh nghiệm có hạn nên đề tài khó tránh khỏi thiếu sót, mong nhận góp ý quý báu Thầy/ Cô bạn đồng nghiệp Hà Nội, tháng 10 năm 2010 Tác giả Đinh Văn Bân Chương TỔNG QUAN VỀ ROBOT HÀN HỒ QUANG AX-V Thế hệ robot hàn hồ quang AX-C sử dụng rông rãi với bậc tự hoạt động mềm dẻo, đáp ứng yêu cầu hàn hồ quang mơi trường khí bảo vệ, tư không gian Trong robot hàn hồ quang phần khí chế tạo cho thời gian tăng tốc giảm tốc giảm xuống tối thiểu, momen lớn nhất, quán tính nhỏ Hệ thống điều khiển sử dụng phương pháp dạy điều khiển thích ghi, sử dụng bảng dạy cảm biến tiện lợi, thân thiện, dễ nhận biết điều khiển Các yếu tố công nghệ hàn mơi trường khí bảo robot sử lý hồn hảo Robot hàn hồ quang có khả kết nối với máy tính, tín hiệu mã hóa sang chuẩn công nghiệp truyền qua đường mạng tải robot 1.1 Cấu hình hệ thống robot hàn hồ quang (AX-V6) A Thân Robot (tay máy) ; C Hệ thống điều khiển ; a, Tay máy (Manipunator) Đế, thân, tay trên, tay dưới, mỏ hàn 10 B Bảng dạy D Hộp thao tác >> Kiểm tra lại vùng quản lý file mục Program PC ta thấy xuất chương trình MV6.002 >> Như q trình truyền file thành cơng * Tương tự ta thực truyền file từ máy tính PC tới robot, mục đính để đưa chương trình từ máy lập trình sẵn vào robot để thực 82 - Ta chọn kiểu file đồng robot PC - Bước 1: Chọn chương trình cần truyền VD chương trình MV6A-810 - Bước 2: Nhấn Upload sáng, làm tương tự theo hướng dẫn sau: 83 Kiểm tra lại chương trình cần truyền có xuất RC không 4.3 Chạy thử nghiệm robot hàn hồ quang AX-V6 Copy chương trình “MV-A.810” từ AX-OT AX-PM >> Copy từ AX-OT thực theo sơ đồ đường dẫn sau 84 >> Paste sang AX-PM thực theo sơ đồ đường dẫn sau: UpLoad chương trình “MV-A.810” từ máy tính Robot 85 Dịch chương trình “MV-A.810” theo chuẩn ASCII >> Service Utilities  ASCII File Edit  Chọn chương trình cần dịch (ấn phím mũi tên phải)  ấn f12 (Execute) ấn tiết f12 (complete) Ảnh 4.1 Kết quả: Ảnh 4.2 86 >> Chọn 9/Program Conversion  8/Language Ở khung thoại thứ ta chọn chương trình cần chạy Ở khung thoại thứ hai chọn Program  ấn f12  Enter  Ấn Reset Ảnh 4.3 Chọn chương trình vừa tạo chạy >> Mở chương trình : sử dụng … ấn đồng thời →chọn chương trình cần chạy Enter → kết sau: >> CHECK GO kiểm tra bược >> Chèn lệnh chức năng: - Dịch chuyển trỏ đến bước bắt đầu hàn, ấn “F7“ h đặt chế độ hàn (I h , U , V h ) ; ấn đồng thời ENABLE F7 vị trí thích hợp để ngắt hồ quang 87 - Ấn F8 bật dao động (chọn kiểu dao động, biên độ dao động, thời gian dừng) Complete để ghi kết thúc OK; ấn đồng thời ENABLE F8 ngắt dao động >> Chạy tự động: - Ấn F9 để chọn chương trình chạy tự động - Chạy kiểm tra : sử dụng phím F2 chưa bật hồ quang Nếu suất biểu tương trên, ấn F2 lần thực chức bật hồ quang , tiết tục ấn F2 ngắt hồ quang >> Chuyển đổi công tắc chọn phương thức Stast v v trớ chy tự động , ấn → hệ thống chạy tự động  Kết chạy tự động “hàn chi tiết” thực thành công với đường hàn có biên dạng đơn giản, việc thực mơ hình có nhiều đường hàn chưa có điều kiện làm thực nghiệm • Chương trình “MV6-A.001”được lập từ máy tính chuyền đến robot hàn 88 Ảnh 4.4 • Kết sau chạy thực nghiệm chương trình “MV6-A.001” Ảnh 4.5 89 • Hình ảnh ghi lại vị trí bước chương trình “MV6-A.001” B1 B3 B2 B4 B7 B5 B6 B8 B9 90 Chương KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Qua trình nghiên cứu ứng dụng phương pháp lập trình robot hàn hồ quang phần mềm AX-OT, AX-PM chạy thực nghiệm robot hàn AX-V6 cửa trường Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên, nhận kết có nhận xét sau: 5.1 kết nhận từ nghiên cứu, thực nghiệm bàn luận Sử dụng phần mềm “Dish” tạo liên kết hàn (LK giáp mối, LK góc) vật liệu dạng ống, với chiều dầy khác Qua kết nhận sử dụng phần mềm AX-OT Dish ta thất việc thiết kế dạng liên kế hàn đơn giản, thời gian Đặc biệt muốn thay đổi thông số liên kết, ta cần thay đổi giá trị sơ đồ nhánh cây, lưu giữ file đơn giản (C:\AX-OT\bin) khơng có khả thiết kế mơ hình phức tạp Với sử dụng phần mền đồ họa phần inventer, proengineer sau dùng “makerapid” “iges2Acis” hỗ trợ tốt việc chuyển file trung gian trở thành phôi định dạng rpd Do kết hợp phần mềm đồ họa nên thiết kế mơ hình phức tạp, việc thiết kế liên kết phần mềm đồ họa nhiều thời gian hơn, chỉnh sửa thiết kế phức tạp Kết nhận từ thử nghiệm phương pháp lập trình phi trực tuyến máy tính theo mơ hình thực tế, lưu giữ, cho chạy mô ghi lại quỹ đạo đường hàn (H 3-9) cho thấy việc nghiên cứu ứng dụng phương pháp lập trình phi trực tuyến thành công Kết chạy thực nghiệm hàn mẫu chương trình (A.001) lập từ máy tính, truyền sang robot AX-V6 (ảnh 4.5) cho thấy việc ứng dụng lập trình phi trực tuyến vào thực tế thành cơng 91 5.2 Một số hình ảnh ghi lại kết thực nghiệm phôi tạo từ phần mềm ‘DISH” Sản phẩm tạo từ phần mềm AX-OT for “makerapid” kết hợp với phần mềm đồ họa 92 Chương trình dịch theo chuẩn ASCII Robot Kết hàn thực nghiệm mãu 93 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu lập trình robot hàn, ứng dụng lập trình phi trực tuyến phần mềm “AX-OT” “AX-PM”, đề tài nghiên cứu hoàn thành Để thực việc “ứng dụng phương pháp lập trình phi trực tuyến robot hàn hồ quang”, cần phải nghiên cứu vận dụng nhiều phần mềm Khơng nghiên cứu lập trình chạy mơ qua phần mềm “AX-OT” mà phải phải nghiên cứu phần mềm tạo phôi, thiết kế đồ gá kết hợp sử dụng phần mềm chuyển đổi số phần mềm hỗ trợ khác… Tác giả làm chủ hồn tồn phương pháp lập trình phi trực tuyến robot hàn hồ quang AX-V6, từ xây dựng mơ hình hệ thống đến thiết kế liên kết hàn (tạo phơi, đặt khe hở hàn,…), lập trình mơ máy tính, kết nối truyền liệu đến robot thực đến kiểm tra đánh giá hàn thực nghiệm mẫu Những kết nghiên cứu đề tài mang ý nghĩa thực tiễn cao, rút ngắn thời gian đào tạo lập trình trực tiếp, đặc biệt mơi trường đào tạo, giáo viên hướng dẫn nhiều sinh viên lập trình máy tính sau kết nối với robot hàn Các kết nghiên cứu đề tài áp dụng vào thực tiễn, đặc biệt trình đào kỹ lập trình cho sinh viên trường Đại học SPKT Hưng Yên nói riêng sinh viên trường đại học khác… Tuy nhiên kết nhận qua thí nghiệm đạt độ xác theo yêu cầu thực liên kết có biên dạng đường hàn đơn giản cịn với liên kết gồm nhiều đường hàn có biên dạng phức tạp chưa có điều kiện nghiên cứu thực nghiệm Vì đề tài cần phải nghiên cứu thêm ứng dụng dây chuyền sản xuất có robot làm việc Kiến nghị: Trên sở nghiên cứu ứng dụng phần mềm lập trình phi trực tuyến cho robot 94 hàn hồ quang AX-V6 hệ thống Single robot với đồ gá chi tiết cố định, nên với đồ gá tự thiết kế quay hệ thống robot-đồ gá Demo Trong tương lai thực đề tài sâu với chủ đề thiết kế hệ thống robot-rồ gá kết nối với nhau, ứng dụng cho phần mềm lập trình phi trực tuyến robot hàn hồ quang để ứng dụng hàn chi tiết có biên dạng phức tạp mà mục tiêu tăng suất chất lượng sản phẩm Tác giả Đinh Văn Bân 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phần mềm Off-line Teaching System AX-OT , Solid Modeler Dish (2006), OTC daihen Corporation Phần mềm PC External Memory Software for AX “AX-PM” (2006), OTC daihen Corporation Almega AX series INSTRUGTION MANUAL – Basic operations (2006) OTC daihen Corporation Almega AX series INSTRUGTION MANUAL – Application manual ARC WELDING (2006) OTC daihen Corporation Ngô Lê Thông, Công nghệ hàn điện nóng chảy - Tập 1, (2005), NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Hoàng Tùng, Nguyễn Thúc Hà, Ngô Lê Thông, Chu Văn Khang (2002), “Cẩm nang hàn”, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Tài liệu hướng dẫn vận hành robot Sêri Almega (2005), C«ng ty TNHH T©n ThÕ Kû Tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm AX-PM, AX-OT DISH (2006), C«ng ty TNHH T©n ThÕ Kû Tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm Solid works nhà xuất “Thời Đại Mới” năm 2010 10 TS Bùi Văn Hạnh (2009), Bài giảng : Cảm biến hệ thống điều khiển hàn điện hồ quang 96 ... pháp lập trình trực tuyến (online teaching) 21 2.2.2 Phương pháp lập trình phi trực tuyến (off-line teaching) 25 Chương 27 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH PHI TRỰC TUYẾN TRÊN... ? ?Nghiên cứu ứng dụng phương pháp lập trình phi trực tuyến robot hàn hồ quang? ?? Lịch sử nghiên cứu Từ năm 1981-1989 nước có số đề tài nghiên cu (Đề tài 58.01.03; đề tài 52B.03.01) Kết nghiên cứu. .. chế, chưa thấy đề tài nghiên cứu ứng dụng phầm mềm lập trình phi trực tuyến cơng bố Mục đích nghiên cứu, đối tượng , phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu phương pháp điều khiển lập trình mơ phần mềm AX-OT