Nghiên cứu lập trình offline điều khiển quỹ đạo cho robot công nghiệp

Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO TRƯờNG ĐạI HọC BáCH KHOA Hà NộI BùI ĐứC PHƯƠNG NGHIÊN CứU LậP TRìNH OFFLINE ĐIềU KHIểN QUỹ ĐạO CHO RÔBốT CÔNG NGHIệP Chuyên ngành: CƠ ĐIệN Tử LUậN VĂN THạC Sĩ KHOA HọC … NG¦êI H¦íNG DÉN KHOA HọC: TS NGUyễN ĐìNH MN PGS.TS PHạM VĂN HïNG Hµ Néi – 2011 Luận văn Thạc sỹ khoa học Mơc lơc Lêi cam ®oan Danh môc b¶ng biĨu Danh mơc h×nh vÏ Danh môc h×nh vÏ Lời mở đầu 11 Chơng 1: Giới thiệu chung robot công nghiệp 13 Sự đời robot công nghiệp 13 Phân loại robot công nghiệp 14 2.1 Phân loại theo số bậc tự trờng công tác 14 2.2 Phân loại theo cấu trúc động học 14 2.2.2 Robot song song (Parallel manipulators) 16 2.2.3 Robot di chuyÓn (Mobile Robot) 18 2.3 Phân loại theo hệ thống truyền động 18 2.3.1 HƯ trun ®éng gi¸n tiÕp 18 2.3.2 HƯ trun ®éng trùc tiÕp 18 2.4 Phân loại theo điều khiÓn 18 2.5 Phân loại theo đặc điểm hoạt động 19 2.6 Phân loại theo øng dông 19 2.7 Phân loại theo Theo hệ 21 øng dơng robot c«ng nghiƯp 22 3.1 Mơc tiªu øng dơng 22 3.2 C¸c lÜnh vùc øng dơng 23 Chơng 2: Robot công nghiệp kuka 25 Quá trình ph¸t triĨn cđa robot kuka 25 Các phận tính hệ thống rô bốt kuka 26 2.1 Các phận hệ thèng r« bèt Kuka 26 2.1.1 Tay máy rô bốt 27 HVTH: Bùi Đức Phương Luận văn Thạc sỹ khoa học 2.1.2 Kh©u dơng 29 2.1.3 Các nguồn dẫn động truyền động( động cơ,hộp giảm tốc) 30 2.1.4 Các loại cảm biến 30 2.1.5 Các thiết bị điều khiển rô bốt 30 2.1.6 Giao diƯn ng−êi-m¸y 33 2.1.7 Khối chuyển đổi lợng 35 2.2 Vùng làm việc rô bốt.(Workcell) 35 Các phơng pháp điều khiển rô bốt Kuka 37 øng dơng cđa r« bèt Kuka 39 Giíi thiƯu vỊ r« bèt kuka Kr 6/2 42 5.1 C¸c th«ng sè kü tht cđa r« bèt: 42 5.2 Miền làm việc thông số động học robot Kuka 42 ®éng häc robot kuka 44 6.1 Các hệ toạ độ kiểu chuyển động robot Kuka KR6/2 44 6.1.1 Các hệ toạ độ 44 6.1.2 C¸c kiĨu chun ®éng néi suy cđa robot 48 6.2 §éng häc thuËn robot Kuka 48 Ch−¬ng 3: Lập trình điều khiển quỹ đạo robot công nghiệp kuka kr6/2 52 I Lập trình dạy điểm 52 II Lập trình chạy theo phần mềm- Lập trình Offline 54 Tỉng quan vỊ ng«n ngữ lập trình robot công nghiệp Kuka kr6/2 54 1.1 Giao diện chơng trình 54 1.2 §−êng dÉn- Path 57 1.3 Kh¸i niƯm tƯp- file 57 1.4 CÊu tróc tƯp 58 1.5 Tạo chỉnh sửa chơng trình 59 1.5.1 Tạo chơng trình 59 1.5.2 Chỉnh sửa, biên dịch kết nối chơng trình 60 1.6 Thay đổi chơng trình 61 HVTH: Bùi Đức Phương Luận văn Thc s khoa hc 1.6.1 Chơng trình chỉnh sửa 62 1.6.2 ChØnh söa 62 1.6.2.2 Block cut (CTRL - X)- c¾t 62 1.6.2.3 Block copy (CTRL - C)- chÐp 63 1.6.2.4 Block paste (CTRL - V)- d¸n 63 1.6.2.5 Block delete- xo¸ 63 1.6.3 Chó thÝch 64 1.7 Các chế độ chạy chơng trình 65 1.7 C¸c chế độ chạy chơng trình 65 Ngôn ngữ lập trình robot kuka- KRL 65 2.1 C¸c quy tắc KRL 65 2.1.1 Tên cách đặt tên 65 2.1.2 D÷ liƯu 66 2.1.2.1 Kiểu liệu định sẵn 66 2.1.2.2 Kiểu liệu ngời dùng định nghĩa 72 2.1.3 BiÕn vµ khai b¸o biÕn 76 2.1.3.1 Biến tên biến 76 2.1.3.2 Khai b¸o biÕn 77 2.1.4 To¸n tư 77 2.1.4.1 To¸n tư sè häc 77 2.1.4.2 To¸n tư logic 79 2.1.4.3 To¸n tư quan hƯ 80 2.1.4.4 To¸n tư bit 81 2.1.4.5 To¸n tư h×nh häc 82 2.1.4.6 Thø tù −u tiªn c¸c to¸n tư c¸c biĨu thøc 84 2.1.5 Lập trình chuyển động 86 2.1.5.1 Chun ®éng PTP (Point to Point) 86 2.1.5.2 Chun ®éng CP (Continuous Path) 86 2.1.6 Các hàm tiªu chuÈn 87 2.2 Các lệnh điều khiển 88 2.2.1 LIN- chuyển động theo đờng thẳng 88 2.2.1.1 Chun ®éng tun tÝnh 88 2.2.1.2 ChuyÓn ®éng xÊp xØ 89 HVTH: Bùi Đức Phương Luận Thc s khoa hc 2.2.2 LIN_REL- Chuyển động thẳng theo toạ độ tơng đối 91 2.2.3 PTP- Chun ®éng ®iĨm tíi ®iĨm 92 2.2.3.1 Chun ®éng tun tÝnh PTP 92 2.2.3.2 Chun ®éng xÊp xØ PTP 94 2.2.4 PTP_REL – Chun ®éng PTP theo toạ độ tơng đối 96 2.2.5 CIRC- Lập trình chuyển động theo vòng tròn 97 2.2.5.1 Chun ®éng tun tÝnh CIRC 97 2.2.5.2 Chun ®éng xÊp xØ CIRC- CIRC vµ CIRC-LIN 99 2.2.6 CIRC_REL- Chuyển động CIRC theo toạ độ tơng ®èi 101 2.2.7 FOR … TO … ENDFOR 102 2.2.8 GOTO – Lệnh nhảy vô điều kiện 103 2.2.9 IF … THEN … ENDIF - CÊu tróc ®iỊu kiƯn 104 2.2.10 WHILE … ENDWHILE 105 2.2.11 REPEAT… UNTIL 106 2.2.12 LOOP … ENDLOOP 108 2.2.13 SWITCH … case … ENDSWITCH - CÊu tróc lùa chän 109 2.2.14 INTERRUPT - Dừng chơng trình 110 2.2.15 RESUME- Huỷ bỏ thủ tục tạm dừng chơng trình 114 2.3 Chơng trình 116 2.3.1 Khai b¸o 117 2.3.2 Gọi chơng trình hàm trun tham sè 120 III øng dơng lËp trình điều kiển robot Kuka KR6/2 125 IV Lập trình điều kiển robot Kuka KR/2 gia công phay Logo Hà Nội xốp- lập trình b»ng Teach pendant 133 Xây dựng chi tiết gia công dới dạng phôi 133 Xây dựng quỹ đạo lấy mẫu gia công chi tiết 134 Lập trình điều khiển cho rô bốt cắt gọt sản phẩm mô hình 134 KÕt luËn 136 TµI LIƯU THAM KH¶O 138 Phụ lục: Chơng trình gia công lËp tr×nh b»ng teach pandent 139 HVTH: Bùi Đức Phương Luận văn Thạc sỹ khoa học Lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận văn với đề tài: Nghiên cứu lập trình offline điều khiển quỹ đạo cho Rôbốt công nghiệp tự thực hiƯn d−íi sù h−íng dÉn khoa häc cđa PGS TS Phạm Văn Hùng TS Nguyễn Đình MÃn Các số liệu kết hoàn toàn trung thực Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm điều không thật Học viên thực Bùi Đức Phơng HVTH: Bùi Đức Phương Luận văn Thạc sỹ khoa học Danh mục bảng biểu Bảng 2.1 Thông số động học DH 48 Bảng 3.1 Các phép toán quan hệ 79 B¶ng 3.2 KÕt phép toán quan hệ 80 Bảng 3.3: Phép toán quan hệ 80 Bảng 3.4: Các toán tử quan hệ bit 82 B¶ng 3.5 Sự kết hợp kiểu liệu với toán tử hình häc 83 B¶ng 3.6 Thø tù u tiên toán tử 85 Bảng 3.7 Các hàm toán học tiªu chuÈn 87 HVTH: Bùi Đức Phương Luận văn Thạc sỹ khoa hc Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Tay máy kiểu tọa độ Đề-các 15 Hình 1.2 Tay máy kiểu tọa độ trô 15 Hình 1.3 Tay máy kiểu tọa độ cầu 16 H×nh 1.4 Tay m¸y kiĨu SCARA 16 Hình 1.5 Tay máy kiểu tay ngời 16 H×nh 1.6.Robot song song 17 H×nh 1.7.Robot di chun 18 H×nh 1.8 Một số loại robot đợc ứng dụng thực tế 20 Hình 1.9: Biểu đồ phân bè robot c¸c lÜnh vùc 23 Hình 1.10: Robot tham gia vào công việc phun sơn công nghiệp 24 Hình 1.11: Robot xe lăn điều khiển tự động 24 Hình 1.12: Rô bốt tham gia lắp r¾p vị trơ 24 Hình 2.1 Các loại rô bốt 25 H×nh 2.2 Các khâu cánh tay rôbốt Kuka 27 Hình 2.3 :Khớp nối khâu cđa r«bèt 28 Hình 2.4 : Các loại rôbốt Kuka 28 H×nh 2.5 H×nh ảnh loại dụng cụ rôbốt Kuka thờng dùng thùc tÕ s¶n xuÊt 29 H×nh 2.6 Má kÑp 30 Hình 2.7 Động Servo 30 Hình 2.8: Panel điện tử 32 H×nh 2.9 Các phận bên tủ điều kiển 33 H×nh 2.10 Giao diện ngời máy 34 Hình 2.11 Bộ dạy học Teach Pendant 34 H×nh 2.12 Robot Kuka t¶i träng 360 kg 37 Hình 2.13 Robot hàn 40 H×nh 2.14 Robot vËn chun 41 H×nh 2.15 Mét sè øng dơng cđa robot Kuka 42 HVTH: Bùi Đức Phương Luận văn Thc s khoa hc Hình 2.16 Miền làm việc thông số động học robot Kuka 43 Hình 2.17: Chiều trục toạ độ rôbốt 44 Hình 2.18: Hệ toạ ®é gèc cè ®Þnh 45 Hình 2.19: Hệ tọa độ đề cố định gốc tâm dụng cụ 45 Hình 2.20: Hệ tọa độ đề cố định gốc phôi 46 Hình 2.21 Chuyển đổi hệ toạ ®é 46 H×nh 2.22 Các dạng hệ toạ độ Đề Robot 47 H×nh 2.23 Tham chiếu hệ toạ độ robot Kuka 47 Hình 2.24: Các kiểu chuyển động néi suy cđa r«bèt 48 Hình 3.1 kiểu điều khiển dịch chuyển 53 H×nh 3.2 Giao diƯn chơng trình KRL 55 Hình 3.3 Tạo chơng trình KRL 59 Hình 3.4 Các chế độ chạy chơng trình 65 Hình 3.6 Mảng hai chiều 71 Hình 3.7 Biểu diễn mảng chiều 72 H×nh 3.8 VÝ dơ toán tử hình học 84 Hình Chuyển động PTP 86 Hình 3.10 Sự thay đổi hớng chuyển động theo đờng thẳng 87 Hình 3.11 Kiểu di chuyển xÊp xØ LIN 91 Hình 3.12 Chuyển động LIN LIN_REL 92 H×nh 3.14 KiĨu di chuyÓn xÊp xØ PTP 96 Hình 3.15 Chuyển động PTP PTP_REL 97 H×nh 3.16 Chuyển động CIRC liên quan đến CA 98 H×nh 3.17 KiĨu di chun xÊp xØ CIRC 101 H×nh 3.18 Phạm vi hợp lệ cho tạm dừng chơng trình phụ thuộc vào vị trí kiểu khai báo 112 Hình 3.19 Gọi chơng trình chơng trình 117 Hình 3.20 Sự khác chơng trình cục bộ, toàn cục, vµ toµn cơc “Global” 120 H×nh 3.21 Sự khác Gọi giá trị Gọi bëi sù tham kh¶o” 122 HVTH: Bùi Đức Phương Lun Thc s khoa hc Hình 3.22 Quỹ đạo chun ®éng cđa Robot 126 Hình 3.23 Xác lập điểm quỹ ®¹o chun ®éng 127 HVTH: Bùi Đức Phương 10 ... với đề tài Lập trình offline điều kiển quỹ đạo robot công nghiệp đà nghiên cứu ứng dụng ngôn ngữ lập trình điều kiển robot công nghiệp Kuka KR6/2 để lập trình offline điều kiển quỹ đạo robot, qua... dựng quỹ đạo lấy mẫu phần mềm Auto Cad Lập trình điều khiển cho rô bốt cắt gọt sản phẩm mô hình Thực lập trình điều khiển cho rô bốt gia công Teach Pendant Trớc lập trình, thực dạy điểm cho robot. .. văn thạc sỹ với đề tài Lập trình offline điều kiển quỹ đạo Robot công nghiệp, đề tài đà đạt đợc số kết sau: Đề tài đà triển khai nghiên cứu ngôn ngữ lập trình robot công nghiệp Kuka KR6/2, sở