Nghiên cứu tự động hóa quá trình hàn hồ quang bằng robot hàn di động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN XUÂN DŨNG NGHI N C U TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH HÀN HỒ QUANG BẰNG ROBOT HÀN DI ĐỘNG LUẬNVĂNTHẠCSĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY NGƢỜI HƢỚNG D N KHOA HỌC GS.TSKH: Đ SANH PGS.TS: PHAN BÙI KHÔI HÀ NỘI – 2013 LỜI CAM ĐOAN -*** Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ kỹ thuật “Nghiên cứu tự động hóa q trình hàn hồ quang robot hàn di động” cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu sử dụng rõ nguồn trích dẫn mục tài liệu tham khảo Kết nghiên cứu luận văn chưa công bố cơng trình khác Tác giả Trần Xn Dũng MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG I HÀN HỒ QUANG VÀ Q TRÌNH TỰ ĐỘNG HĨA HÀN HỒ QUANG 1.1 Hàn hồ quang 1.1.1 Mạch hàn 1.1.2 Các thơng số q trình hàn hồ quang 1.2 Hàn hồ quang tự động .5 1.2.1 Thực chất đặcđiểm 1.2.2 Phạm vi sử dụng: 1.3 ng dụng robot hàn hồ quang tự động .6 1.3.1 Robot 1.3.2 Robot hàn hồ quang 1.3.3 Robot hàn di động 15 1.3.3.1 Cấu tạo 17 1.3.3.2 Nguyên lý làm việc 18 KẾT LUẬN CHƢƠNG I 18 CHƢƠNG II HÀN HỒ QUANG BẰNG ROBOT HÀN DI ĐỘNG CÁC MỐI HÀN CÓ BI N DẠNG ĐƢỜNG THẲNG 19 2.1 Hàn v tàu thủy mối hàn 1G .19 2.1.1 Mối hàn 1G 19 2.1.2 Cấu tr c động h c robot hàn di động 20 2.1.3 Xây dựng cộng nghệ hàn tự động .22 2.1.3.1 Vật liệu thiết bị hàn .22 2.1.3.2 Cơ sở lý thuyết xác định chế độ hàn giáp mối 23 2.2 Hàn v tàu thủy mối hàn 2G .37 2.2.1 Mối hàn 2G 37 2.2.2 Cấu tr c động h c robot di động 39 2.2.3 Xây dựng cộng nghệ hàn tự động .40 2.2.3.1 Vật liệu thiết bị hàn .40 2.2.3.2Tính tốn xác định chế độ hàn giáp mối với chiều dày vật liệu 12mm 41 2.3 Hàn v tàu thủy mối hàn 3G .47 2.3.1 Mối hàn 3G 47 2.3.2 Cấu tr c động h c robot di động .48 2.3.3 Xây dựng cộng nghệ hàn tự động .50 2.3.3.1 Vật liệu thiết bị hàn .50 2.3.3.2 Tính tốn xác định chế độ hàn giáp mốichiều dày vật hàn 12mm 51 KẾT LUẬN CHƢƠNG II .55 CHƢƠNG III HÀN HỒ QUANG BẰNG ROBOT HÀN DI ĐỘNG CÁC MỐI HÀN CÓ BI N DẠNG ĐƢỜNG CONG 56 3.1 Mơ hình hóa mối hàn .56 3.1.1 Mối hàn giáp mối v tàu thủy 56 3.1.2 Phương pháp nội suy mơ hình hóa mối hàn .57 3.2 Thiết kế quỹ đạo chuyển động robot 61 3.2.1 Thiết lập phương trình động hoc robot 61 3.2.1.1 Xây dựng cấu tr c động h c .61 3.2.1.2 Thiết lập thông số Denavit-Hartenbeg 62 3.2.1.3 Thiết lập phương trình động h c .63 3.2.2 Xác định quy luật chuyển động khâu robot 65 3.2.2.1 Giải toán động h c ngược vị trí robot .65 3.2.2.2 ng dụng phần mềm mô ph ng số 68 KẾT LUẬN CHƢƠNG III .69 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN Hình 1.1: Hàn hồ quang Hình 1-2: Hàn tự động thuốc bảo vệ Hinh 1-3: Robot hàn di đông hàn mối hàn 3G Hình 1.4: Robot thực hàn 10 Hình 1-5: Nguồn hàn 11 Hình 1-6: M hàn 12 Hình 1-7: Bộ cấp dây hàn 12 Hình 1-8: Khung giữ vật hàn 14 Hình 1-9: Bộ làm m hàn 14 Hình 1-10: Bộ định tâm 15 Hinh 1- 11: Robot hàn di động hàn vị trí hàn trần 16 Hình 1-12: Mơ hìnhrobot hàn di độngthực mối hàn 17 Hình 2-1: Mơ hìnhcơ h c robot hàn di động hàn mối hàn 1G 19 Hình 2-2: Sơ đồ động h c robot hàn di động hàn mối hàn 1G 21 Hình 2-3: Mối hàn 1G chiều dày vât hàn 12mm .32 Hình 2-4:Mơ hình Robot hàn tự động hàn mối hàn 2G 37 Hình 2-5: Sơ đồ động h c robot hàn di động hàn mối hàn 2G 39 Hình 2-6: Mối hàn 2G chiều dày vât hàn 12mm .41 Hình 2-7 :Mơ hình robot hàn di đơng hànmối hàn 3G 47 Hình 2-8: Sơ đồ động h c robot hàn di động hàn mối hàn 3G 49 Hình 2-9: Mối hàn 3G chiều dày vât hàn 12mm .51 Hình 3-1: Mơ hình quỹ đạo đường hàn hàn v tàu thủy robot 57 Hình 3-2: Xây dựng đa thức nội suy đường cong 57 Hình 3-3 Mơ hình h c hệ thống robot di động hàn võ tàu thủy 58 Hình 3-4: Đặt hệ quy chiếu robot hàn 61 Hình 3-5 Quy luật chuyển động biến khớp q1 68 Hình 3-6 Quy luật chuyển động biến khớp q3 68 DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN Bảng 2-1: Thành phần hóa tính theo phần trăm 22 Bảng 2-2: Thành phần hóa h c 22 Bảng 2-3: Cơ tính kim loại hàn đắp 22 Bảng 2-4: Mật độ dòng điện 24 Bảng 2-5:Tốc độ cấp dây, cường độ dòng điện hàn hàn môi trường CO2 24 Bảng 2-6: Trị số N theo đường kính dây 25 Bảng 2-7: Thông số hàn cho tư 1G, chiều dày 12mm dây lõi bột 34 Bảng 2-8:Thông số hàn cho tư 1G, chiều dày 12mm,dây lõi đặc .37 Bảng 2- 9: Thành phần hóa tính theo phần trăm 40 Bảng 2-10: Thành phần hóa h c .40 Bảng 2-11: Cơ tính kim loại đắp .41 Bảng 2-12: Thông số hàn cho tư 2G, chiều dày 12mm, dây lõi bột 44 Bảng 2-13: Thông số hàm cho tư 2G chiều dày 12mm,dây lõi đặc 46 Bảng 2-14: Thành phần hóa tính theo phần trăm 50 Bảng 2-15: Thành phần hóa h c .50 Bảng 2-16: Bảng tính kim loại đắp 50 Bảng 2- 17: Thông số hàn cho tư 3G, chiều dày 12 mm, dây lõi bột 53 Bảng 2-18: Tthông số hàn cho tư 3G, chiều dày 12mm, dây l i đặc 55 Bảng 3.1: Bộ thông số Denavit-Hartenbeg .62 LỜI NÓI ĐẦU Việc nghiên cứu ứng dụng robot vào sản xuất công nghiệp đ triển khai ngày nhiều nước ta nhằm phục vụ nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Về mặt kỹ thuật, robot sản phẩm tiêu biểu khoa h c công nghệ Cơ điện tử, tích hợp đa ngành, đa lĩnh vực khoa h c cơng nghệ như: Cơ khí tự động hóa, Điện - Điện tử, cơng nghệ thơng tin,… Về kết cấu khí, robot thiết bị linh hoạt có kết cấu g n nhẹ, dễ chế tạo, lắp ráp so với thiết bị khác Khả linh hoạt cao việc lựa ch n thay đổi cấu tr c theo yêu cầu thao tác công nghệ ứng dụng Tự động hóa q trình hàn đ nghiên cứu, ứng dụng vào thực tế ngày nhiều nhờ vào ưu điểm bật như: Cải thiện môi trường làm việc cho công nhân, cho chất lượng mối hàn cao, suất ổn định giá thành thấp Việc tự động hóa thực robot hàn cố định đ nghiên cứu từ lâu nhiều nước phát triển giới Mỹ, Nhật, Hàn Quốc… Các robot ứng dụng chủ yếu để hàn mối hàn có độ phức tạp cao linh động cánh tay robot Thế ch ng hoạt động khơng gian nh , khó áp dụng cho mối hàn đường thẳng, dài đóng tàu Nhằm nghiên cứu ứng dụng robot hàn vào thực tế sản xuất, tác giả luận văn lựa ch n đề tài: “Nghiên cứu tự động hóa trình hàn hồ quang robot hàn di động” Luận văn tập trung nghiên cứu yêu cầu kỹ thuật đặt với robot hàn tàu thủy, tổng hợp cấu tr c robot, nghiên cứu tự động hóa robot nói trên, xây dựng qũy đạo chuyển động, mô ph ng thử nghiệm robot phần mềm, xây dựng phần mềm hỗ trợ cần thiết khác Sau nhiều tháng hướng dẫn tận tình thầy giáo GS.TSKH Đỗ Sanh PGS.TS: Phan Bùi Khôi với việc tham khảo số tài liệu có liên quan, theo u cầu đặt tơi đ hoàn thành luận văn giao Tuy nhiên q trình nghiên cứu, khó tránh kh i thiếu sót, tơi mong nhận ý kiến góp ý quý Thầy, quý Cô bạn bè, đồng nghiệp Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn GS.TSKH Đỗ Sanh PGS.TS Phan Bùi Khôi, quý Thầy, q Cơ Viện khí, Viện đào tạo Sau Đại H c – Trường Đại h c Bách Khoa Hà Nội đ hướng dẫn gi p đỡ tơi hồn thành luận văn Ngƣời viết Trần Xuân Dũng CHƢƠNG I HÀN HỒ QUANG VÀ QUÁ TRÌNH TỰ ĐỘNG HÓA HÀN HỒ QUANG 1.1 Hàn hồ quang Hàn hồ quang phương pháp nối hai miếng kim loại cách làm nóng chảy ch ng dây kim loại trung gian, nhiệt sinh từ hồ quang điện vật hàn đầu que hàn Q a trình hàn cần khơng cần kim loại điền đầy Điện cực dây kim loại tự tiêu que các-bon hay que hàn không tự tiêu Khi dùng điện cực không tự tiêu, kim loại điền đầy lấy từ dây kim loại phụ Còn điện cực tự tiêu vừa mang dòng điện hàn, vừa nóng chảy điền đầy kim loại vào mối hàn Hình 1.1: Hàn hồ quang Một vấn đề q trình hàn kim loại nóng lên, ch ng tương tác hóa h c với khơng khí Có nhiều phương pháp cách ly vật hàn kh i khơng khí xung quanh Nếu dùng khí trơ q trình hàn g i hàn hồ quang khí trơ Hàn hồ quang lõi thuốc giống hàn hồ quang khí trơ, khác điện cực Kỹ thuật hàn dùng để nối miếng kim loại dày, bình cao áp, ống cống, ống gas Hàn hồ quang khí trơ hàn hồ quang plasma kỹ thuật hàn dùng phổ biến 1.1.1 Mạch hàn Hồ quang tạo khe hở chạm điện cực vào vật hàn nhấc giữ chiều dài hồ quang khoảng 2÷4 mm Hồ quang sinh nhiệt độ khoảng 36000C đầu que hàn Nhiệt làm nóng chảy kim loại điện cực, tạo vũng kim loại nóng chảy, đơng cứng sau điện cực di chuyển tới vị trí d c mối hàn 1.1.2 Các thơng số q trình hàn hồ quang Trong q trình hàn hồ quang, có số thơng số ảnh hưởng tới kích thước, hình dạng, chất lượng độ bền mối hàn *Đƣờng kính dây hàn Là yếu tố định để xác định chế độ hàn như: Điện hồ quang (Uh), dòng điện hàn (Ih), ch ng có ảnh hưởng trực tiếp đến suất chất lượng hiệu q trình hàn Nó phụ thuộc vào chiều dày vật hàn, dạng liên kết, vị trí mối hàn khơng gian *Điện hồ quang (điện áp hàn ) Đây thông số quan tr ng hànnó định dạng truyền (chuyển dịch) kim loại l ng Điện áp hàn sử dụng phụ thuộc vào chiều dày chi tiết hàn, kiểu hàn, kiểu liên kết, kích cỡ thành phần điện cực, thành phần khí bảo vệ, vị trí hàn Để có giá trị điện áp hàn hợp lý cần phải tính tốn hay tra bảng, sau tăng giảm theo quan sát đường hàn để ch n giá trị điện áp thích hợp *Dịng điện hàn Dịng điện hàn ch n phụ thuộc vào đường kính điện cực (Dây hàn) Dạng truyền kim loại l ng liên kết hàn Khi dòng điện hàn mối hàn thấp không đảm bảo ngấu hết chiều dày liên kết dẫn đến giảm độ bền mối hàn Khi dòng điện cao làm tăng bắn toé kim loại, gây rỗ khí, biến dạng, mối hàn không ổn định *Tốc độ hàn Tốc độ hàn phụ thuộc nhiều vào chiều dày vật liệu số lớp hàn, định chiều sâu ngấu mối hàn Nếu tốc độ hàn thấp kích thước vũng hàn lớn phẳng vi thường cần phải mơ hình hố hình h c để định đường di chuyển robot 3.1.2 Phƣơng pháp nội suy mơ hình hóa mối hàn Như đ biết đường cong không gian cho dạng bảng số biểu diễn dạng giải tích Đối với mối hàn nối ghép v tàu, mép mối hàn thường tạo có biên dạng đường cong phẳng Hình 3-1: Mơ hình quỹ đạo đường hàn hàn vỏ tàu thủy robot Từ mơ hình ta xây dựng đa thức nội suy đường cong phẳng L Hình 3-2: Xây dựng đa thức nội suy đường cong 57 Một đường cong phẳng L (hình 3-1) cho dạng bảng số Các giá trị (xj, yj), j=1, n, biểu diễn điểm L khoảng MN Khi xây dựng da thức nội suy bậc dạng: y  a1j 1( x  x j 1 )  a1j ( x j  x)  a3j 1( x  x j 1 )3  a3j ( x j  x)3 (3-1) Đa thức nội suy (1) xây dựng cho đoạn (xj-1, xj) MN, với hệ số a1j 1 , a1j , a3j 1 , a3j xác định Áp dụng cho đường cong mối hàn L hình 3-2 đa thức nội suy xây dựng sau Bệ mang robot cố định vị trí ứng với đoạn mối hàn cần hàn cho phương dịch chuyển khâu robot song song với mặt phẳng mối hàn Gắn lên bệ hệ t a độ xyz, xác định đoạn cong mối hàn ứng với điểm 1, trục z Sử dụng đầu đo thay cho m hàn để rà theo mối hàn xác định số điểm đặc trưng chủ yếu cho biên dạng mối hàn khoảng [1,2] Với giá trị đo được, sử dụng phương trình (3-1) để xây dựng đa thức nội suy đoạn cong tương ứng mối hàn Trên hình 3-3 mơ hình h c hệ thống gồm robot di chuyển theo thành tàu trình thực mối hàn Dưới sử dụng ma trận biến đổi t a độ biểu diễn vị trí hướng hệ t a độ khâu để thiết lập phương trình động h c robot Hình 3-3 Mơ hình học hệ thống robot di động hàn võ tàu thủy 58 G i x0* y0* z0* hệ t a độ toàn thể cố định G i x0 y0 z0 hệ t a độ cố định gắn vào thành tàu ứng với đoạn mối hàn cần hàn Các hệ t a độ gắn vào khâu động x1 y1 z1 - gắn vào khâu 1, x2 y2 z2 gắn vào khâu 2, x3 y3 z3 - gắn vào khâu 3, xk yk zk - gắn vào khâu m hàn Các ma trận biến đổi t a độ biểu diễn vị trí hướng khâu robot có dạng:  i 1Ci ( qi )  i 1 Ai    OT  i 1 ri ( qi )     (3-2) Với:  ci11 ( qi ) ci12 ( qi ) ci13 ( qi )  Ci ( qi )   ci 21 ( qi ) ci 22 ( qi ) ci 23 ( qi )     ci 31 ( qi ) ci 32 ( qi ) ci 33 ( qi )  i 1 (3-3) ma trận cosin hướng biểu diễn hướng khâu i khâu i-1, i 1 ri ( qi )  [ xi ( qi ) yi ( qi ) zi ( qi )]T (3-4) vector biểu diễn vị trí gốc hệ t a độ khâu i khâu i-1 Vị trí hướng m hàn hệ t a độ khâu đế robot x0 y0 z0 xác định bởi: A4  A1 A2 Ak (3-5) Để định vị m hàn trình hàn cần mơ hình hóa mối hàn Thơng thường mối hàn ghép nối v tàu có dạng đường cong Theo phương pháp tam diện trùng ta sử dụng hệ t a độ  fi fi  fi di chuyển d c theo đường cong hàn Tại điểm đường cong hàn vị trí hướng  fi fi  fi cần xác định 59 Mối hàn có dạng đường cong phụ thuộc biên dạng v tàu, đồng thời kích thước chiều dài mối hàn thường lớn, với biên dạng cong khác đoạn Bệ cố định (khâu đế) robot hàn có kích thước giới hạn Do phương pháp thực khâu đế robot cố định đoạn cong mối hàn trình hàn sau di chuyển đến vị trí để thực trình hàn phần tương ứng Như đ trên, hệ t a độ khâu đế x0y0z0 Các hệ thức (1), (4), cho thấy vị trí m hàn hệ t a độ khâu đế xác định ma rận A4  q  Ở q vector có thành phần t a độ khớp Đồng thời, hình dạng mối hàn biểu diễn tam diện  fi fi  fi qua ma trận biến đổi t a độ Afi  t  Các phần tử Afi  t  phụ thuộc biên dạng đường cong mối hàn điểm thường quy hàm thời gian Giả sử đ xác định Afi  t  hệ t a độ x0y0z0 khâu đế,ta có phương trình động h c robot dạng ma trận: A4  q   Afi  t  (3-6) Phương trình (3-6) cho phép khảo sát toán động h c robot cách thuận lợi phương pháp quen biết [1], [3],… Như đ nói trên, phương trình (3-6) xác định ma trận Afi  t  xác định Mối hàn đường cong thực tế nên thông thường, phần tử Afi  t  tính cách đo t a độ điểm mối hàn Tuy số điểm cần đo lớn để đảm bảo điều khiển robot di chuyển liên tục theo quỹ đạo hàn Mặt khác việc xác định hướng phải dựa vào giá trị t a độ Sử dụng phương pháp nội suy ta cần đo số điểm tối thiểu vị trí đặc trưng chủ yếu cho biên dạng mối hàn để có bảng số với số điểm không lớn Sử dụng bảng số xây dựng đa thức nội suy biểu dễ đường cong mối hàn dạng giải tích 60 Dưới trình bày việc sử dụng phương pháp [2] để mơ hình hóa mối hàn, xác định ma trận biến đổi t a độ Afi  t  biểu diễn vị trí hướng tam diện  fi fi  fi điểm đường cong mối hàn 3.2 Thiết kế qu đạo chuyển động robot 3.2.1 Thiết lập phƣơng trình động hoc robot 3.2.1.1 Xây dựng cấu tr c động học  Đặt hệ quy chiếu ( hình 3-4) Hình 3-4: Đặt hệ quy chiếu robot hàn Hệ trục t a độ ox0y0z0là hệ t a độ cố định gắn vào thành tàu ứng với đoạn mối hàn cần hàn, trục oz0hướng d c trục khớp động 1, trục ox0 hướng thẳng đứng, trục 0y0 xác định theo quy tắc bàn tay phải Hệ trục t a độ ox1y1z1 khớp 2, trục oz1đặt d c trục khớp động 2, trục ox1 vng góc với oz0 hướng lên trên, trục oy1 xác định theo quy tắc bàn tay phải Hệ trục t a độ ox1y2z2 khớp 3, trục oz2đặt d c trục khớp 3, trục ox2 vng góc với oz1 , trục oy2 xác định theo quy tắc bàn tay phải Hệ trục t a độ ox3y3z3 điểm thao tác, trục oz3có hướng hướng tiếp cận khâu cuối ,trục ox3 vng góc với oz3 , trục oy3 xác định theo quy tắc bàn tay phải 61 3.2.1.2 Thiết lập thông số Denavit-Hartenbeg Bảng 3.1: Bộ thông số Denavit-Hartenbeg Khâu θi di αi d1 a1 90o -90o d2 -90o d3 0 Trong biến khớp : d1 , d2 , d3 đặt biến khớp tương ứng : q1 ,q2 ,q3 a1 số ( chiều dài khâu ) Dạng tổng quát ma trận Danavit-Hartenbeg : ( -7 ) Thế bảng thông số DH cho khâu vào ma trận H tổng quát ta mà trân DH khâu sau : Ma trận Denavit-Hartenbergcủa khâu khâu 0: 1 0 A1   0  0 a1  1  q1   0 1 0 Ma trận Denavit-Hartenbergcủa khâu khâu 1: 0  1 A2    1  0 0 0  q2   1 62 Ma trận Denavit-Hartenbergcủa khâu khâu 2: 1 0 A3   0  0 0 0  q3   0 1 0 3.2.1.3 Thiết lập phƣơng trình động học  Thiết lập ma trân trạng thái khâu tác theo t a độ thao tác Như đ biết ,vị trí hướng khâu thao tác xác định tạo độ thao tác gồm tạo độ định vị điểm tác động cuối hướng khâu thao tác Sử dụng góc cardan xác định vật rắn , ta đưa vector t a độ định vị khâu thao tác pE   xE , yE , zE ,  ,  ,  T thành phần đầu mơ tả vị trí điểm tác đơng cuối E gôc hệ t a độ gắn vào End-Effector, thành phần cuối mô tả hướng EF (End-Effector) t a độ cố định Khi trạng thái EF biểu diễn ma trận DH:  0R A3  AE   T3 0 rE    Trong ma trận con: rE   xE  c11  ,  ,  R3  ,  ,   c21  ,  ,  c31  ,  ,    yE c12  ,  , c22  ,  ,   c32  ,  ,  zE  T c13  ,  , c23  ,  ,    c33  ,  ,   Các t a thao tác hàm thời gian : xE (t ), yE (t ), zE (t ),  (t ),  (t ), (t ) rE (t )   xE (t ) yE (t ) zE (t )  c11  t  c12  t  c13  t     R3  t    c21  t  c22  t  c23  t    c31  t  c32  t  c33  t   T 63 Như ,trạng thái EF biểu diễn qua t a độ suy rộng hoặc trực tiếp qua thời gian  c11  ,  ,  c  ,  , A3  xE , yE , zE ,  ,  ,    21 c31  ,  ,    R (t ) A3 (t )   3T  0    c12  ,  ,  c22  ,  ,  c32  ,  ,  c13  ,  ,  c23  ,  ,  c33  ,  ,  0 xE   yE  zE   1 rE (t )     c11  t  c12  t  c13  t   c  t  c22  t  c23  t  A3  t    21 c31  t  c32  t  c33  t   0  x(t )   y (t )  ( 3-8 ) z (t )     Thiết lập ma trân trạng thái khâu tác theo cấu tr c động h c Ma trận biến đổi t a độ A3 xác định từ cấu tr c động h c robot sau : 1 0 A3 (q)  A1 (q1 ) A2 (q2 ) A3 ( q3 )   0  0 1 0 A3 (q )   0  0 a1   0 1   1  q1   1   0 1  0 0  1 0  0  q2  0    0 a1  1  q3  ( 3-9 ) q1   0  0 Trong : q  q1 , q2 , q3  q1  d1 , q2  d , q3  d3  c11  q  c12  q  c13  q   c  q  c22  q  c23  q  A3  q    21 c31  q  c32  q  c33  q   0  x(q )   y (q )  z (q )    ( 3.4 ) Phương trình động h c robot nhận dạng ma trận sau : A3 (q )  A3 (t ) ( 3.5 ) 64 0 0  q3   0 1 0 Các phần tử ma trận hàm t a độ khớp t a độ thao tác: 1 0  0  0 a1   c11  ,  ,  1 q3  c21  ,  ,  q1  c31  ,  ,   0   0    c12  ,  ,  c22  ,  ,  c32  ,  ,  c13  ,  ,  c23  ,  ,  c33  ,  ,  0 xE   yE  ( 3-10 ) zE   1 Phương trình ( 3.5 ) g i phương trình động h c dạng ma trận robot Nó bao gồm 16 phương trình vơ hướng, có phương trình tầm thường Các ma trận  góc bên phải cho phương trình độc lập, biểu diễn vị trí điểm thao tác thuộc khâu thao tác Các ma trận  góc bên trái cho phương trình, mơ tả hướng khâu thao tác Tuy nhiên điều kiện trực dao nên phương trình có phương trình độc lập Phương trình ( 3-5 ) sử dụng nhiều toán động h c thuận động h c ngược 3.2.2 Xác định quy luật chuyển động khâu robot Xác định quy luật chuyển động khâu robot biết vị trí khâu thao tác tốn động h c ngược robot Ở ta cho vi trí khâu thao tác đường cong bất khì biến đổi theo thời gian 3.2.2.1 Giải tốn động học ngƣợc vị trí robot Với tốn động h c ngược thơng thường ,Vị trí khâu thao tác xem đ biết ,yêu cầu tìm giá trị bến khớp ứng với vị trí cho trước Tổng qt, sử dụng phương trình ma trận : A3 ( q )  A3 (t ) Dạng khai triển:  c11  q  c12  q  c13  q   c21  q  c22  q  c23  q  c31  q  c32  q  c33  q   0  x(q)   c11  ,  ,   y (q)  c21  ,  ,  z (q)  c31  ,  ,     65    c12  ,  ,  c22  ,  ,  c32  ,  ,  c13  ,  ,  c23  ,  ,  c33  ,  ,  0 xE   yE  zE   1 Hay 1 0  0  0 a1   c11  ,  ,  1 q3  c21  ,  ,  q1  c31  ,  ,   0   0    c12  ,  ,  c22  ,  ,  c32  ,  ,  c13  ,  ,  c23  ,  ,  c33  ,  ,  0 xE   yE  zE   1 Các phương trình xác định vị trí : x(q)  xE y (q)  yE ( 3-11) z (q)  zE Các phương trình xác định hướng ,sử dụng ma trận quay  c11  q  c12  q  c13  q    c11  ,  ,    c21  q  c22  q  c23  q    c21  ,  ,  c31  q  c32  q  c33  q    c31  ,  ,    c12  ,  , c22  ,  ,   c32  ,  ,  c13  ,  , c23  ,  ,    (3-12) c33  ,  ,   Quy luật chuyển động cuae EF cho trực tiếp quy đổi dạng hàm thời gian t, t a độ suy rộng xE , yE , zE ,  ,  , hàm t : xE (t ), yE (t ), zE (t ),  (t ),  (t ), (t )  c11  q  c12  q  c13  q   c21  q  c22  q  c23  q  c31  q  c32  q  c33  q   0  x(q)   c11  t  c12  t  c13  t    y (q)  c21  t  c22  t  c23  t   z (q)  c31  t  c32  t  c33  t      0 xE (t )   yE (t )  z E (t )    Các phương trình xác định vị trí : x(q)  xE (t ) y (q)  yE (t ) z (q )  z E (t ) Các phương trình xác định hướng ,sử dụng ma trận quay  c11  q  c12  q  c13  q    c11  t  c12  t  c13  t       c21  q  c22  q  c23  q    c21  t  c22  t  c23  t    c31  q  c32  q  c33  q    c31  t  c32  t  c33  t   Sử dụng vector t a độ suy rộng : 66 X   q1 q2 q3 xE yE zE    T Từ ( 3.7 ) ( 3.8 ) thành lập hệ phương trình đại số phi tuyến gồm phương trình độc lập tuyến tính : f1  x(q )  xE    f  y (q )  yE    f3  z (q)  z E  ( 3-13 )   f  c11 (q )  c11 ( ,  , )   f5  c22 (q)  c22 ( ,  , )    f  c33 (q )  c33 ( ,  , )  Vì đường hàn đường cong nên ta ta ch n quy luật chuyển động khâu thao tác E robot sau:  xE  2t  3t  ( 3.14 )  yE   6t  z  t  4t  5t  E Từ (3.6) kết hợp với (3.10) ta có hệ ba phương trình vị trí  q3  yE   6t  q1  zE  t  4t  5t Hay  q3  3  6t  q1  t  4t  5t 67 3.2.2.2 ng dụng phần mềm mô số Sử dụng phần mềm maple ta có đồ thị biểu diễn góc khớp quay sau: Hình 3-5 Quy luật chuyển động biến khớp q1 Hình 3-6 Quy luật chuyển động biến khớp q3 68 KẾT LUẬN CHƢƠNG III Chương tác giả thực nghiên cứu hàn hồ quang robot hàn di động mối hàn có biên dạng đường cong Trong chương tác giả trình bày nội dung : Mơ hình hóa mối hàn, thiết kế quỹ đạo chuyển động robot ứng dụng phần mềm maple để mô ph ng số 69 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Sau khoảng thời gian h c tập nghiên cứu nghiêm t c hướng dẫn tận tình thầy cô giáo đặc biệt thầy giáo GS.TSKH Đỗ Sanh PGS.TS Phan Bùi Khôi tác giả đ hoàn thành nội dung với kết đạt sau: Đ khảo sát xây dựng công nghệ hàn v tàu thủy mối hàn 1G, 2G, 3G theo biên dạng đường thẳng đường cong robot hàn di động Xây dựng cấu tr c động h c robot hàn Nắm phương pháp khảo sát động h c robot hàn, thiết lập hệ phương trình động h c cho robot hàn Tìm hiểu sử dụng phần mềm Matlab, Maple để lập trình giải tốn động h c robot hàn Kết lời giải dùng để mô ph ng động h c robot hàn Tìm hiểu tính sử dụng phần mềm Solidwork xây dựng mơ hình Robot, sử dụng phần mềm ngơn ngữ Maple để lập trình giải tốn động h c Robot hàn Sử dụng phần mềm đồ h a Visual C++ để lập trình mơ ph ng chuyển động Robot hàn Đề xuất hướng phát triển cuả đề tài: Cần tiếp tục nghiên cứu mơ hình Robot hàn di động với nhiều bậc tự để tăng tính linh hoạt cho Robot hàn để hàn nối với quỹ đạo hàn phức tạp, đa dạng 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình Mơ hình hóa Robot hệ điện tử – PGS.TS Phan Bùi Khôi, Đại h c Bách Khoa Hà Nội, 2009 Nguyễn Thiện Ph c: Robot công nghiệp, NXB khoa h c kỹ thuật, Hà Nội, 2002 Phan Bùi Khôi, Trần Minh Th y, Bùi Văn Hạnh: Tính tốn động học Robot hàn có di động Tuyển tập cơng trình hội nghị h c tồn quốc lần thứ VIII Đào Văn Hiệp: Kỹ thuật Robot, NXB Khoa h c Kỹ Thuật, Hà Nội, 2004 Phạm Đăng Phước: Robot công nghiệp, NXB Xây Dựng, Hà Nội, 2007 Phạm Việt Hùng, Đào Hồng Bách: Hướng dẫn sử dụng Solidwork thiết kế chiều, NXB Xây Dựng, Hà Nội, 2009 Tạ Văn Nguyễn Hồng Hải, Nguyễn Khắc Kiểm (2003), Lập trình Matlab, Nxb Khoa h c kỹ thuật, Hà Nội, B Heimann, W Gerth, K Popp (2008), Cơ điện tử, Nxb Khoa h c Kỹ Thuật, Hà Nội, 9.Tạ Duy Liêm (2004), Robot hệ thống công nghệ Robot hóa-Giáo trình cao học ngành khí, Nxb Khoa h c Kỹ Thuật, Hà Nội, 71 ... giới thiệu sơ lược hàn hồ quang tay, hàn hồ quang tự động, cấu tr c robot hàn hồ quang ứng dụng robot hàn hồ quang tự động 18 CHƢƠNG II HÀN HỒ QUANG BẰNG ROBOT HÀN DI ĐỘNG CÁC MỐI HÀN CÓ BI N DẠNG... hàn di động hàn vị trí hàn trần 16 Hình 1-12: Mơ hìnhrobot hàn di độngthực mối hàn 17 Hình 2-1: Mơ hìnhcơ h c robot hàn di động hàn mối hàn 1G 19 Hình 2-2: Sơ đồ động h c robot hàn. .. hàn di động hàn mối hàn 1G 21 Hình 2-3: Mối hàn 1G chiều dày vât hàn 12mm .32 Hình 2-4:Mơ hình Robot hàn tự động hàn mối hàn 2G 37 Hình 2-5: Sơ đồ động h c robot hàn di động hàn