Giáo trình Robot công nghiệp

LỜI GIỚI THIỆU Để thực biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử cơng nghiệp trình độ Cao Đẳng Trung Cấp, giáo trình Robot cơng nghiệp giáo trình mơ đun đào tạo chuyên ngành biên soạn theo nội dung chương trình Bộ Lao động Thương binh Xã hội Tổng cục Dạy Nghề phê duyệt Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức kỹ chặt chẽ với nhau, logíc Khi biên soạn, nhóm biên soạn cố gắng cập nhật kiến thức có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết thực hành biên soạn gắn với nhu cầu thực tế sản xuất đồng thời có tính thực tiễn cao Nội dung giáo trình biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 90 gồm có: Bài 1: Giới thiệu chung Robot cơng nghiệp Bài 2: Cấu trúc phân loại Robot công nghiệp Bài 3: Các chuyển động Robot cơng nghiệp Bài Phương trình động học động lực học Robot Bài Lập trình ứng dụng Robot phần mềm Trong trình sử dụng giáo trình, tùy theo yêu cầu khoa học cơng nghệ phát triển điều chỉnh thời gian bổ sung kiến thức cho phù hợp Giáo trình biên soạn lại từ nguồn tài liệu tham khảo khác cho phù hợp với điều kiện giảng dạy Trường Cao đẳng nghề Việt NamSingapore lưu hành nội Bình Dương, ngày 10 tháng 09 năm 2017 Tham gia biên soạn Chủ biên: Hà Trần Trọng Hữu Tống Văn Ngọc MỤC LỤC TRANG LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC BÀI GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOTCÔNG NGHIỆP Sơ lược q trình phát triển robot cơng nghiệp (IR: Industrial Robot): Các khái niệm định nghĩa robot công nghiệp: Ứng dụng robot công nghiệp: 12 Nội dung nghiên cứu phát triển robot công nghiệp: 13 4.1 Nhận xét trình phát triển: 13 4.2 Cơ-Tin-Điện tử Robot công nghiệp: 13 4.3 Các xu ứng dụng robot tương lai 14 Tiếp cận ứng dụng robot công nghiệp Việt Nam: 15 BÀI 16 CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI ROBOT CÔNG NGHIỆP 16 Các phận cấu thành robot công nghiệp: 16 Bậc tự tọa độ suy rộng: 17 2.1 Bậc tự do: 17 2.2 Tọa độ suy rộng: 18 Hệ tọa độ vùng làm việc: 19 3.1 Hệ tọa độ: 19 3.2 Vùng làm việc: 21 Chỉ tiêu đánh giá tham số kỹ thuật: 22 4.1 Độ động cấu: 22 4.2 Hệ số phục vụ: 22 4.3 Độ dễ điều khiển cấu: 23 4.4 Các thông số kỹ thuật robot công nghiệp: 23 Phân loại robot công nghiệp: 24 Giới thiệu robot công nghiệp: 27 BÀI 34 CÁC CHUYỂN ĐỘNG CƠ BẢN CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP 34 Các khái niệm ban đầu: 34 Các chuyển động bản: 35 2.1 Chuyển động tịnh tiến: 35 2.2 Chuyển động quay: 36 Một số kết cấu điển hình: 36 3.1 Robot cố định dùng hệ tọa độ Đề Các tọa độ trụ: 36 3.2 Robot cố định dùng hệ tọa độ cầu: 37 3.3 Robot treo: 38 3.4 Robot có kiểu điều khiển thích nghi: 39 Điều khiển mơ hình robot ABB IRB 120 40 BÀI 43 PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ROBOT 43 Phương trình động học thuận: 43 Phương trình động học ngược: 50 Giải hệ phương trình động học robot 50 3.1 Lời giải phép biến đổi Euler toán ứng dụng: 50 3.2 Lời giải phép biến đổi Roll – Pitch – Yall toán ứng dụng: 51 Động lực học robot: 51 Mô máy tính 56 BÀI 58 LẬP TRÌNH ỨNG DỤNG ROBOT TRÊN PHẦN MỀM 58 Giới thiệu phần mềm Robot Studio: 58 Giao diện chức công cụ: 59 Các thao tác với chuột: 61 Các lệnh bản: 62 Lập trình máy tính 66 5.1 Cài đặt phần mềm máy tính 66 5.1 Tạo chương trình với hệ thống robot có sẵn 68 5.2 Thao tác di chuyển robot phần mềm sử dụng chuột bàn phím 69 5.3 Tạo dụng cụ từ vẽ kỹ thuật 69 5.4 Lập trình điều khiển robot xoay gắp vật liệu dụng cụ 85 5.5 Lập trình điều khiển robot xoay gắp vật liệu dụng cụ 85 5.6 Lập trình điều khiển robot xoay gắp vật liệu dụng cụ 86 5.7 Bài tập tổng hợp 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 MÔ ĐUN ROBOT CƠNG NGHIỆP Mã mơ đun: MĐ30 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: - Vị trí: Mơ đun bố trí dạy sau học xong môn học/mô đun kỹ thuật sở, MĐ22, MĐ25, MĐ26 - Tính chất: Là mơ đun chun nghề chương trình đào tạo nghề Điện tử cơng nghiệp - Ý nghĩa vai trị mơ đun: Mô đun Robot Công Nghiệp mảng kiến thức kỹ thiếu với công nhân kỹ thuật chuyên ngành Điện tử công nghiệp Các kiến thức kỹ từ mô đun giúp học sinh, sinh viên nắm bắt kiến thức kỹ thực hành robot cơng nghiệp Để thực tốt nội dung mô đun người học cần phải nắm số kiến thức kỹ mô đun kỹ thuật cảm biến, mơ đun điều khiển điện khí nén,… Mục tiêu mơ đun: - Về kiến thức:  Trình bày cấu trúc rôbốt công nghiệp  Mô tả q trình hoạt động rơbốt dùng cơng nghiệp - Về kỹ năng:  Lập trình mô chuyển động robot  Sử dụng rơbốt cơng nghiệp qui trình kỹ thuật  Sửa chữa số hư hỏng thông thường rôbốt công nghiệp - Về lực tự chủ trách nhiệm:  Rèn luyện tính tỉ mỉ, xác, an tồn vệ sinh cơng nghiệp Nội dung mô đun: Số TT Tên mô đun Bài 1: Giới thiệu chung robot cơng nghiệp Sơ lược q trình phát triển robot công nghiệp Các khái niệm định nghĩa Thời gian Thực hành, thí Tổng Lý Kiểm nghiệm, số thuyết tra thảo luận, tập 5 1 robot công nghiệp Ứng dụng robot công nghiệp Nội dung nghiên cứu phát triển robot công nghiệp Tiếp cận ứng dụng robot công nghiệp Việt Nam Bài 2: Cấu trúc phân loại rôbốt công nghiệp Các phận cấu thành robot công nghiệp Bậc tự toạ độ suy rộng Hệ toạ độ vùng làm việc Chỉ tiêu đánh giá tham số kỹ thuật Phân loại robot công nghiệp Giới thiệu robot công nghiệp 6.1 Robot ABB IRB 120 6.2 Robot ED 7271 6.3 Robot ED 7270 * Kiểm tra Bài 3: Các chuyển động robot công nghiệp Các khái niệm ban đầu Các chuyển động Một số kết cấu điển hình Điều khiển mơ hình robot ABB IRB 120 4.1 Điều khiển xoay theo khớp 4.2 Điều khiển xoay theo dụng cụ làm việc 4.3 Điều khiển tổng hợp * Kiểm tra Bài 4: Phương trình động học động lực học robot Phương trình động học thuận Phương trình động học nghịch Giải hệ phương trình động học robot 1 18 12 1 1 1 4 18 12 1 2 4 15 10 2 3 1 Động lực học robot Mô máy tính * Kiểm tra Bài 5: Lập trình ứng dụng robot phần mềm Giới thiệu phần mềm Robot Studio Giao diện chức công cụ Các thao tác với chuột Các lệnh Lập trình máy tính 5.1 Cài đặt phần mềm máy tính 5.2 Tạo chương trình với hệ thống robot có sẵn 5.3 Thao tác di chuyển robot phần mềm sử dụng chuột bàn phím 5.4 Tạo dụng cụ từ vẽ kỹ thuật 5.5 Lập trình điều khiển robot xoay gắp vật liệu dụng cụ 5.6 Lập trình điều khiển robot xoay gắp vật liệu dụng cụ 5.7 Lập trình điều khiển robot xoay gắp vật liệu dụng cụ 5.8 Bài tập tổng hợp * Kiểm tra Kiểm tra kết thúc Cộng 32 26 1 1 2 4 4 90 30 54 BÀI GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOTCÔNG NGHIỆP Mã bài: MĐ30 – Giới thiệu: Trước bắt đầu tìm hiểu học tập robot cơng nghiệp, người học cần nắm rõ khái niệm robot, robot cơng nghiệp, lịch sử hình thành phát triển, phân loại ứng dụng robot cơng nghiệp Mục tiêu: - Trình bày q trình phát triển, khái niệm định nghĩa robot cơng nghiệp - Trình bày ứng dụng xu hướng phát triển Robot công nghiệp tương lai - Rèn luyện tính tư duy, tác phong cơng nghiệp Nội dung chính: Sơ lược q trình phát triển robot công nghiệp (IR: Industrial Robot): Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robota” có nghĩa công việc tạp dịch kịch Rossum’s Universal Robots Karel Capek, vào năm 1921 Hình 1.1 Robot phiên Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine Foundary Company) quảng cáo loại máy tự động vạn gọi “Người máy công nghiệp” (Industrial Robot) Cũng khoản thời gian Mỹ xuất loại robot Unimate-1990 dùng kỹ nghệ tơ Hình 1.2 Robot Unimate Tiếp theo Mỹ, nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp như: Anh – 1967, Thụy Điển Nhật – 1968 theo quyền Mỹ, Cộng Hòa Liên Bang Đức – 1971, Pháp – 1972, Italia – 1973,… Bảng 1.1 Thống kê sản lượng sản xuất robot nước Nước sản xuất Năm 1990 Năm 1994 Năm 1998 Nhật 60.118 29.765 67.000 Mỹ 4.327 7.634 11.100 Đức 5.845 5.125 8.600 Italia 2.500 2.408 4.000 Pháp 1.488 1.197 2.000 Anh 510 1.086 1.500 Hàn Quốc 1.000 1.200 Các khái niệm định nghĩa robot cơng nghiệp: Robot có nhiều định nghĩa khác theo tiêu chuẩn khác như: Robot cấu chuyển đổi tự động chương trình hoá, lập lại Theo tiêu chuẩn AFNOR Pháp: chương trình, tổng hợp chương trình đặt trục toạ độ; có khả định vị, di chuyển đối tượng vật chất; chi tiết, dao cụ, gá lắp … theo hành trình thay đổi chương trình hố nhằm thực nhiệm vụ công nghệ khác Theo 2860/BRD: tiêu chuẩn VDI Robot thiết bị có nhiều trục, thực chuyển động chương trình hóa nối ghép chuyển động chúng khoảng cách tuyến tính hay phi tuyến động trình Chúng điều khiển phận hợp ghép kết nối với nhau, có khả học nhớ chương trình; chúng trang bị dụng cụ phương tiện công nghệ khác để thực nhiệm vụ sản xuất trực tiếp hay gián tiếp Hình 1.3: Robot hình dáng người Theo tiêu chuẩn GHOST 1980: Robot máy tự động liên kết tay máy cụm điều khiển chương trình hố, thực chu trình cơng nghệ cách chủ động với điều khiển thay chức tương tự người Robot công nghiệp lĩnh vực riêng robot, có đặc trưng riêng sau: - Là thiết bị vạn tự động hóa theo chương trình lập trình lại để đáp ứng cách linh hoạt khéo léo nhiệm vụ khác - Được ứng dụng trường hợp mang tính cơng nghiệp đặc trưng vận chuyển xếp dỡ nguyên vật liệu, lắp ráp, đo lường Do có hai đặc trưng nên robot cơng nghiệp định nghĩa sau: Theo Viện nghiên cứu robot Mĩ đề xuất: Robot công nghiệp tay máy vạn năng, hoạt động theo chương trình lập trình lại để hồn thành nâng cao hiệu hoàn thành nhiệm vụ khác công nghiệp, vận chuyển nguyên vật liệu, chi tiết, dụng cụ thiết bị chuyên dùng khác 10 Trong cửa sổ Layout, click phải vào SpintecTool chọn Set Local Origin Set Local Origin chế độ gắn hệ tọa độ tạm thời cho bản vẽ Hình 5.26 Chọn chế độ đặt tọa độ cho dụng cụ B5: Hãy chắn dấu nhắc trỏ nằm ô Position: ô cho biết xác tọa độ vẽ so với tọa độ gốc Hình 5.27 Bảng tọa độ cho dụng cụ 75 Rê chuột click vào bề mặt tròn đế Tool: ý chấm trắng đục tâm vẽ Hình 5.28 chọn tâm mặt dụng cụ Sau click xong, ta thông số hình: Hình 5.29 Tọa độ dụng cụ Trong mục Orientation (deg), ô trục X điền vào giá trị -90 Sau nhấn Apply Close: Điều chỉnh hướng cho dụng cụ cách thay đổi hệ trục xyz 76 Hình 5.30 Chỉnh hướng cho dụng cụ Ta tọa độ Local hình: Hình 5.31 Hệ tọa độ dụng cụ gắn B6: Trong cửa sổ Layout, click phải vào SpintecTool chọn Set Position trả tất ô giá trị sau nhấn Apply nhấn Close Hình 5.32 vị trí chuẩn dụng cụ 77 B7: Phóng đại xoay tới có tầm nhìn rõ tới chóp cơng cụ Hình 5.33 Chóp dụng cụ B8: Chọn chế độ Surface Selection Snap Center Hình 5.34 Chọn chế độ bề mặt tâm B9: Trong tab Home, mục Frame chọn Create Frame Hình 5.35 tạo tọa độ làm việc cho dụng cụ B10: Nhấn vào bề mặt chóp cơng cụ 78 Hình 5.36 Tọa độ làm việc dụng cụ Sau nhấn Create nhấn Close Ta khung Frame hình dưới: Hình 5.37 Tọa độ làm việc tạo 79 B11: Trong cửa sổ Layout, click phải vào Frame_1 chọn Set normal to surface Hình 5.38 Điều chỉnh tọa độ làm việc theo trục z B12: Trong hộp thoại Set normal to surface, nhấp chuột vào phía sau cửa sổ Graphics nhấp vào bề mặt chóp cơng cụ Sau nhấn Apply Hình 5.39 Chọn bề mặt dụng cụ Bây ta trục Z vuông góc với mặt chóp 80 Hình 5.40 Tọa độ làm việc sau điều chỉnh B13: Trong tab Modeling, chọn Create tool Hình 5.41 Bắt đầu chuyển từ vẽ qua dụng cụ thật B14: Trong hộp thoại Create Tool, phần Tool name điền MySpintecTool 81 Hình 5.42 Chọn tên dụng cụ theo ý muốn Để chọn Geometry nhấn chọn mục Use Existing, danh sách trổ xuống chọn phần SpintecTool Hình 5.43 chọn vẽ dụng cụ sử dụng Điền 3kg phần Mass Chọn chế độ Part Selection Snap gravety 82 Hình 5.44 chọn chế độ khối trọng tâm Trong hộp thoại Create Tool, click chuột vào phần Center of Gravity, sau cửa sổ đồ họa click vào Tool để bắt điểm tâm trọng lượng Hình 5.45 Tọa độ trọng tâm dụng cụ Sau nhấn Next Trong phần TCP name nhập tSpintec Hình 5.46 nhập tên dụng cụ Trong phần Values from Target/Frame click vào chọn Frame_1 Hình 5.47 chọn tọa độ làm việc dụng cụ 83 Click nút mũi tên để nhập TCP Hình 5.48 thêm tọa độ làm việc vào dụng cụ Sau nhấn Done Bây ta tạo Tool, cửa sổ Layout click chuột phải vào Frame_1 chọn Delete Hình 5.49 Xóa tọa độ làm việc vẽ dụng cụ 84 B15: Add vào cánh tay robot gắn Tool tạo vào để kiểm tra ( cách làm tương tụ phần 5.4.1) 5.4 Lập trình điều khiển robot xoay gắp vật liệu dụng cụ Tạo dụng cụ với hệ tọa độ làm việc hình 5.50 Hình 5.50 Dụng cụ với hệ tọa độ làm việc Điều khiển robot sử dụng dụng cụ với hệ tọa độ thứ để gắp vật liệu sau: Hình 5.51 Gắp vật liệu E F dụng cụ với tọa độ 5.5 Lập trình điều khiển robot xoay gắp vật liệu dụng cụ Tiến hành tương tự mục 5.5 thay vật liệu cho phù hợp như: 85 Hình 5.52 Gắp vật liệu E F dụng cụ với tọa độ 5.6 Lập trình điều khiển robot xoay gắp vật liệu dụng cụ Tương tự mục 5.5 với dụng cụ dùng tọa độ khơng gắp sản phẩm, dùng để xoay, vặn vít Sử dụng tọa độ để vặn vít vào vị trí 5.7 Bài tập tổng hợp Bài tập 1: Tạo Tools Rơ bơt dựa mơ hình CAD cấp sẵn hình 5.53 Hình 5.53 Bài tập Hãy tạo hệ thống Rơ bơt IRB120, 86 Lập trình mơ Robot IRB 120 dùng nhọn Tool1 (bài tập 1) theo cạnh vật thể theo thứ tự D,C,B,A hình 5.54 theo chiều kim đồng hồ với yêu cầu tốc độ độ lượn đoạn code mẫu Code chương trình mẫu có dạng sau: MoveAbsJ Home,v500,z100,Tool_kiemtra\WObj:=Wobj_table; MoveJ P_10_kiemtra,v500,z100,Tool_kiemtra\WObj:=Wobj_table; MoveL P_20_kiemtra,v100,fine,Tool_kiemtra\WObj:=Wobj_table; MoveL P_30_kiemtra,v100,fine,Tool_kiemtra\WObj:=Wobj_table; MoveC P_40_kiemtra,P_50_kiemtra,v100,fine,Tool_kiemtra\WObj:=Wobj_table; Hình 5.54 CÂU HỎI ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP BÀI 5: Câu 1: Cho hệ thống hình 5.55 lập trình cho robot ABB IRB120 vận hành lắp ráp sản phẩm hoàn chỉnh Sản phẩm gồm: Đế, ổ bi, trục, nắp vặn vít góc Cho biết hệ thống sử dụng vẽ cơng cụ có sẵn thư viện Geometry Sau lập trình máy tính xong, sinh viên phải kết nối với robot thực hành robot Yêu cầu thực hành: Các tọa độ phải điều chỉnh lại cho xác Tăng thêm thời gian chờ thấy chưa phù hợp Kết nối hệ thống khí nén 87 Hình 5.55 Bộ thực hành robot ABB IRB 120 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Phạm Đăng Phước, Robot Công Nghiệp, Nhà xuất Hồ Chí Minh 2006 GSTSKH Nguyễn Thiện Phúc, Robot công nghiệp - NXBKH kỹ thuật 2006 Nguyễn Thiện Phúc, Tay máy - người máy công nghiệp - NXBKH kỹ thuật 1983 TS Lê Văn Hiền,Giáo trình mơ đun Robot cơng nghiệp, Tổng cục dạy nghề 2013 89 ... loại ứng dụng robot công nghiệp Mục tiêu: - Trình bày trình phát triển, khái niệm định nghĩa robot công nghiệp - Trình bày ứng dụng xu hướng phát triển Robot công nghiệp tương lai - Rèn luyện tính... loại robot cơng nghiệp Mục tiêu: - Trình bày phận cấu thành robot công nghiệp - Nêu tiêu đánh giá robot công nghiệp - Phân loại robot cơng nghiệp - Rèn luyện tính tư tác phong cơng nghiệp Nội dung... dung nghiên cứu phát triển robot công nghiệp Tiếp cận ứng dụng robot công nghiệp Việt Nam Bài 2: Cấu trúc phân loại rôbốt công nghiệp Các phận cấu thành robot công nghiệp Bậc tự toạ độ suy rộng