Về mặt truyền động và điều khiển, robot được cấu tạo từ các khối cấu trúc cơ khí hoạt động nhờ các cơ cấu tác động. Các cơ cấu tác động này có thể hoạt động phối hợp với nhau để thực hiện những công việc phức tạp dưới sự điều khiển của một bộ phận có cấu tạo như máy tính, còn gọi là những bộ điều khiển PC. Các cơ cấu tác động này có thể hoạt động nhờ các cơ cấu tác động.
Cấu tạo của Robot hàn được chế tạo khác nhau tùy theo tính năng cũng như nhà sản xuất…..nhưng cơ bản chúng được xây dựng từ những thành phần cơ bản sau:
- Robot hàn - Bộ điều khiển
- Nguồn dẫn động (động cơ, hệ thống dẫn động…) - Súng hàn
- Nguồn điện( máy hàn) - Bộ làm sạch súng hàn - Bộ cấp dây
- Khung hàn và tay hàn - Bộ định tâm
a. Robot hàn
Đối với robot hàn thì nó thường có cấu tạo mô phỏng theo những đặc điểm cấu tạo cơ bản của cánh tay người. Cũng có thể hiểu tay máy là tập hợp các bộ phận và cơ cấu cơ khí được thiết kế để hình thành các khối có chuyển động tương đối với nhau, được gọi là khâu động. Trong đó, phần liên kết giữa các khâu động được gọi là khớp động hay còn gọi là các trục. Tay máy cũng bao gồm cả các cơ cấu tác động là các phần tử thực sự thực hiện các chuyển động để vận hành tay máy như Động cơ điện, xy – lanh dầu ép, xy – lanh khí nén……Và phần quan trọng khác trên các tay máy là bộ phận hay khâu tác động cuối (End – Effector) để thao tác trên đối tượng làm việc, ở đây đối với Robot hàn thì đó chính là que hàn.
Mỗi khâu động trên tay máy có nguồn dẫn động riêng, năng lượng và chuyển động truyền đến cho chúng được điều khiển trên cơ sở tín hiệu nhận được từ bộ phận phản hồi là các cảm biến nhằm thông báo trạng thái hoạt động của các khâu chấp hành, trong đó thì vấn đề đặc biệt được quan tâm là vị trí và vận tốc dịch chuyển của mỏ hàn (khâu cuối) nó quyết định chất lượng của mối hàn và là khâu thể hiện kết quả tổng hợp các chuyển động của các khâu thành phần.
b. Bộ điều khiển
Bộ điều khiển robot thường cấu thành từ các bộ phận cơ bản tương tự như máy tính (Bộ điều khiển PC based) bao gồm bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ và bộ xuất/nhập kết hợp với màn hình để hiển thị các lệnh khi lập trình và đồng thời theo dõi sự thay đổi tọa độ trong dịch chuyển của các khâu. Toàn bộ các phần nói trên được bố trí bên trong tủ điều khiển chính và được sắp xếp theo từng mô - đun gồm các bo mạch điện tử. Bên cạnh đó, để lập trình một cách thuận tiện cho robot, các nhà chế tạo thường bố trí một Pa-nen kết nối song song, còn gọi là bộ Teach pendant, với phím bấm để thực hiện các thao tác điều khiển trực tiếp chuyển động của các trục trên robot trong chế độ lập trình huấn luyện (teaching mode) và bên trong là một bo mạch kết nối trực tiếp với bộ xuất/nhập. Đôi khi trong cấu hình của bộ điều khiển còn được trang bị thêm một bộ điều khiển mô phỏng (simulator) có
kết nối với mạch xuất/nhập tương tự như Panen để hỗ trợ thêm cho công việc lập trình.
c. Nguồn dẫn động
Nguồn dẫn động thường được lắp bên cạnh tủ điều khiển. Trên các robot có thể sử dụng đồng thời nhiều nguồn dẫn động như điện, dầu ép, khí nén. Tùy theo dạng nguồn dẫn điện động được sử dụng trên robot mà cấu tạo phần nguồn cung cấp có thể thay đổi rất đa dạng.
Nguồn dẫn động cũng là một đặc điểm quan trọng khác của robot, nguồn dẫn động trong một chừng mực nào đó ảnh hưởng đến không gian làm việc của robot. Ngoài việc thay đổi nguồn dẫn động (mà hiện nay được chế tạo theo từng cụm đặc trưng) sẽ giúp nhanh chóng thay đổi kiểu, dạng của robot để phục vụ cho những yêu cầu công việc khác nhau. Cụ thể hơn được phân ra:
+ Truyền động thủy lực
Tay máy là các xy-lanh thủy lực chuyển động thẳng và quay. Robot này được sử dụng trong các ứng dụng có tải trọng lớn.
+ Truyền động khí nén
Robot loại này thường được sử dụng trong các ứng dụng có tải trọng nhỏ có tay máy là các xy-lanh khí nén thực hiện chuyển động thẳng và chuyển động quay. Do khí nén là lưu chất nén nên Robot loại này thường sử dụng trong các thao tác gắp đặt không cần độ chính xác cao.
+ Truyền động điện cơ: Trong đó phân ra làm: Động cơ bước
Động cơ DC Động cơ AC
Nguồn điện cấp cho Robot thường là DC để điều khiển động cơ DC. Hệ thống dùng nguồn AC cũng được chuyển đổi sang DC. Các động cơ sử dụng thường là động cơ bước, động cơ Servo, động cơ AC Servo. Robot loại này có thiết kế gọn, chạy êm, định vị rất chính xác rất thích hợp để ứng dụng cho Robot sơn, hàn.
d. Súng hàn
Súng hàn dùng để đưa điện cực đến mối hàn, truyền dòng điện hàn vào điện cực và tạo ra lớp cách ly quanh mối hàn. Có nhiều kiểu súng hàn khác nhau, tùy theo quá trình hàn, dòng hàn, kích thước điện cực và chất cách ly.
Súng hàn có thể được làm nguội bằng nước luân chuyển hoặc không khí. Quá trình hàn dùng điện cực tự tiêu như hàn hồ quang kim loại khí hoặc hàn hồ quang lõi thuốc, có thể dùng hoặc không dùng khí cách ly. Các súng hàn có thể ở dạng thẳng hoặc cong, súng hàn cong để tiếp cận mối hàn dễ dàng hơn.
Chức năng chính của súng hàn là truyền dòng điện tới điện cực. Đối với quá trình hàn dùng điện cực tự tiêu, dòng hàn được truyền tới điện cực khi nó chuyển động qua súng. Chức năng thứ hai của súng hàn là cấp khí cách ly tới vùng hàn (nếu có). Hàn hồ quang kim loại khí dùng khí hoạt động như Cácbonđiôxít hoặc hỗn hợp khí trơ, thường là Argon với CO2 hoặc ôxy.
\
e. Nguồn điện
Nguồn hàn phải cung cấp dòng điện điều khiển được với điện áp thích hợp cho quá trình hàn. Thường là 10-35v và 5-100A.
Các máy hàn hồ quang tự động cần nguồn điện phức tạp hơn hàn bán tự động. Máy hàn tự động cần giao tiếp với nguồn điện để điều khiển nguồn hàn nhằm mang lại hiệu năng tối ưu. Có 3 loại nguồn hàn hồ quang:
- Nguồn công suất không đổi - Nguồn áp không đổi
- Nguồn dòng không đổi
f. Bộ làm sạch súng hàn
Để làm việc chính xác và tin cậy, súng hàn hồ quang phải được làm sạch liên tục. Chu kỳ làm việc cao độ của hàn tự động nên quá trình làm sạch súng hàn cũng phải được tự động hóa. Chất tách vẩy hàn được phun vào mũi súng hàn. Ngoài ra, bộ làm sạch còn có thể trà sát mũi súng hàn để loại bỏ vẩy hàn bám vào và cắt dây
hàn. Hệ thống làm sạch phải được tự động kích hoạt tại các thời điểm mà hệ điều khiển yêu cầu.
g. Bộ cấp dây
Bộ cấp dây dùng đề bổ sung kim loại điền đầy trong quá trình hàn tự động. Điều này cho phép linh hoạt trong việc thiết lập nhiều tốc độ cấp dây khác nhau để phù hợp với những yêu cầu cụ thể của từng dây chuyền. Bình thường, bộ cấp dây được mắc trên cánh tay robot, độc lập với nguồn hàn. Với hàn tự động, cần có một giao diện điều khiển giữa bộ điều khiển robot, nguồn và bộ cấp dây. Hệ thống cấp dây hàn phải phù hợp với quá trình hàn và kiểu nguồn điện được sử dụng.
Có hai kiểu cơ bản: Kiểu thứ nhất dùng cho hàn dùng dây điện cực tự tiêu – còn gọi là bộ cấp dây điện cực. Điện cực là một phần của mạch hàn, và kim loại nóng chảy từ điện cực lấp đầy vào mối hàn. Có hai loại cấp dây điện cực khác nhau. Nguồn công suất không đổi cần một bộ cấp dây cảm áp, trong đó tốc độ cấp dây thay đổi liên tục, còn nguồn điện áp không đổi cần tốc độ cấp dây không đổi trong suốt quá trình hàn. Kiểu cấp dây thứ hai gọi là cấp dây nguội và được dùng cho hàn hồ quang Tăng – xtan khí. Điện cực không phải là một phần của mạch hàn, và kim loại điền đầy lấy từ vật hàn.
h. Khung hàn, tay hàn
Để định vị và giữ cố định vật hàn, nối các vật hàn, mỗi vật hàn phải được căn chỉnh chính xác và giữa chắc chắn tại chỗ trong quá trình hàn. Một điều quan trọng là cách thiết kế một khung giữ các vật hàn tại vị trí thích hợp. Bộ phận này phải thao tác nhanh và dễ dàng, giữ chắc chắn các vật hàn cho tới khi chúng dính vào nhau và phải cho phép súng hàn tự do tiếp cận mối hàn. Bộ định vị có thể được thiết kế giống như trong hàn bằng tay, hoặc chuyên biệt hơn để tăng tính linh hoạt và tầm hoạt động của các hệ thống hàn tự động. Độ chính xác cũng phải cao hơn. Ngoài ra, các điều khiển định vị robot phải tương thích và tuân thủ theo bộ điều khiển robot trung tâm để đạt được chuyển động phối hợp tức thì của nhiều trục trong khi hàn. Tuy nhiên thao tác nâng hạ các bộ phận tĩnh của hệ thống robot rất tốn thời gian và
có thể phi thực tế. Sẽ hiệu quả hơn nếu có hai hay nhiều khung giữ trên một bộ định vị vật hàn quay, mặc dù chi phí ban đầu cao hơn.
i. Bộ định tâm, cảm biến
Để đảm bảo que hàn và khung hàn biết vị trí của nhau, cần phải liên tục hiệu chỉnh trọng tâm của hệ thống. Quá trình này được thực hiện nhờ một thiết bị định tâm tự động. Cảm biến cuối tay và quá trình căn chỉnh trọng tâm là những yếu tố cơ bản để thực hiện thành công hệ thống hàn tự động. Cảm biến cuối tay dùng để phát hiện vị trí thực tế của cạnh vật hàn so với khung robot, từ đó tính ra chính xác trọng tâm công cụ so với vật hàn.
Đặc tính kỹ thuật của Robot hàn
Robot hàn là một thiết bị cơ điện tử điển hình do đó các đặc tính của nó bao gồm nhiều thông số thuộc các chuyên môn khác nhau
Thông thường nhà sản xuất sẽ cung cấp các thông tin cơ bản trong Catalog theo máy gồm:
- Hình dáng và kích thước làm việc - Kích thước gói, khối lượng tĩnh - Sơ đồ động học
- Bậc tự do
- Tầm với max, min
- Tải trọng danh nghĩa và lớn nhất - Độ chính xác, độ chính xác lặp lại
- Tốc độ di chuyển cực đại theo các phương của hệ quy chiếu cơ sở - giới hạn chuyển động của từng khớp trên cánh tay
- Hiệu điện thế không tải - Hệ điều hành
Đặc biệt đối với Kỹ sư công nghệ hàn là người sử dụng robot cần quyết định chế độ công nghệ gồm các thông tin sau để điều khiển máy
- Vh: Vận tốc hàn - Kp: Hệ số đắp
- Ih: Cường độ dòng hàn - : Hệ số tổn thất que hàn
- Fht: Lượng kim loại hòa tan tạo mặt cắt ngang đường hàn - : Tỉ khối kim loại hàn
- Tốc độ chạy dây
- Vận tốc di chuyển mỏ hàn - Lưu lượng khí bảo vệ
- Khoảng cách từ mỏ hàn đến bề mặt gia công - Tư thế hàn