5. Dự kiến kết quả
1.4.Truyền động trong robot cụng nghiệp
1.4.1. Truyền động khớ nộn. (Pneumatic Systems)
Hệ thống khớ nộn đƣợc sử dụng rộng rói trong cụng nghiệp lắp rỏp, chế biến, gia cụng cơ khớ, khai thỏc khoỏng sản, đặc biệt ở những lĩnh vực cần phải đảm bảo vệ sinh, chống chỏy nổ hoặc ở mụi trƣờng độc hại.
a. Cỏc dạng hệ thống khớ nộn.
Dựa vào dạng năng lƣợng của tớn hiệu điều khiển, ngƣời ta chia ra hai hệ thống khớ nộn sau:
- Hệ thống điều khiển bằng khớ nộn: Tớn hiệu điều khiển bằng khớ nộn nờn kộo theo cỏc phần tử xử lý và điều khiển sẽ tỏc động bởi khớ nộn.
1 0 0 0 z p z w z v z u y p y w y v y u x P x w x v x u 1 0 0 0 z p z w z v z u y p y w y v y u x P x w x v x u
24
- Hệ thống điều khiển điện – khớ nộn: Cỏc phần tử điều khiển hoạt động bằng tớn hiệu điện hoặc kết hợp điện – khớ nộn.
b. Cấu trỳc của hệ thống khớ nộn.
- Trạm nguồn gồm: Mỏy nộn khớ, bỡnh tớch ỏp, cỏc thiết bị an toàn, cỏc thiết bị xử lý khớ nộn.
- Khối điều khiển gồm: Cỏc phần tử xử lý tớn hiệu điều khiển và cỏc phần tử điều khiển đảo chiều cơ cấu chấp hành.
- Khối cỏc thiết bị chấp hành: Xi lanh, động cơ khớ nộn…
c. Ƣu, nhƣợc điểm của hệ thống truyền động bằng khớ nộn. - Ƣu điểm:
+ Do khụng khớ cú khả năng chịu nộn (đàn hồi) nờn cú thể nộn và tớch chứa trong bỡnh chứa với ỏp sất cao thuận lợi, xem nhƣ một kho chứa năng lƣợng. Trong thực tế vận hành, ngƣời ta thƣờng xõy dựng trạm nguồn khớ nộn dựng chung cho nhiều mục đớch khỏc nhau nhƣ cụng việc làm sạch, truyền động trong cỏc mỏy múc...;
+ Cú khả năng truyền tải năng lƣợng xa, bởi vỡ độ nhớt động học của khớ nộn nhỏ và tổn thất ỏp suất trờn đƣờng dẫn nhỏ;
+ Khớ nộn sau khi sinh cụng cơ học cú thể thải ra ngoài mà khụng gõy tổn hại cho mụi trƣờng;
+ Tốc độ truyền động cao, linh hoạt, dễ điều khiển với độ tin cậy và chớnh xỏc;
+ Chi phớ thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khớ nộn bởi vỡ phần lớn trong cỏc xớ nghiệp hệ thống đƣờng dẫn khớ nộn đó cú sẵn;
+ Hệ thống phũng ngừa ỏp suất giới hạn đƣợc đảm bảo.
- Nhƣợc điểm:
+ Lực truyền tải trọng thấp;
+ Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi thỡ vận tốc truyền cũng thay đổi, bởi vỡ khả năng đàn hồi của khớ nộn lớn cho nờn khụng thể thực hiện những chuyển
25
động thẳng hay quay đều;
+ Dũng khớ nộn thoỏt ra ở đƣờng dẫn ra gõy nờn tiếng ồn lớn.
Ngày nay, để nõng cao khả năng ứng dụng của hệ thống khớ nộn, ngƣời ta thƣờng kết hợp linh hoạt chỳng với cỏc hệ thống điện cơ khỏc và ứng dụng sõu rộng cỏc giải phỏp điều khiển khỏc nhau nhƣ điều khiển bằng cỏc bộ điều khiển lập trỡnh, mỏy tớnh…
1.4.2. Hệ thống truyền động điện.
Với những cụng việc đũi hỏi chớnh xỏc, loại robot với truyền động điện tỏ ra đắc dụng nhất vỡ chỳng cho phộp bảo đảm đƣợc độ chớnh xỏc dịch chuyển cao và khả năng thực hiện những thao tỏc phức tạp.
a. Cỏc dạng hệ thống truyền động điện .
Trong kỹ thuật robot thƣờng dựng cỏc hệ thống truyền động sau: - Động cơ bƣớc.
- Động cơ điện một chiều. - Động cơ điện xoay chiều. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
b. Cấu trỳc của hệ thống truyền động điện.
Gồm 2 thành phần cơ bản. Đú là:
- Stato: Là phần tĩnh gồm 2 bộ phận chớnh: lừi thộp và cuộn dõy cuốn; ngoài ra cú vỏ mỏy và nắp mỏy.
- Roto: Là phần quay gồm lừi thộp, dõy cuốn và trục mỏy.
c. Ƣu, nhƣợc điểm của hệ thống truyền động điện - Ƣu điểm:
+ Cơ cấu tỏc động nhanh và chớnh xỏc;
+ Cú khả năng ỏp dụng kỹ thuật điều khiển phức tạp cho cỏc chuyển động; + Giỏ thành khụng cao;
26
- Nhƣợc điểm:
+ Tốc độ cao;
+ Khe hở bộ truyền bỏnh răng làm giảm độ chớnh xỏc; + Gõy quỏ nhiệt khi hệ thống bị dừng hoạt động do quỏ tải;
1.5. Cỏc tham số kỹ thuật của Robot
Cú nhiều tham số kỹ thuật xỏc định đặc tớnh của Robot. Tiờu biểu nhƣ sau:
- Số lƣợng trục chuyển động: Cần cú ớt nhất hai trục chuyển động để đi đến bất kỳ một điểm nào trờn mặt phẳng, cần cú ớt nhất 3 trục để đi đến một điểm bất kỳ trong khụng gian. Để điều khiển một cỏch tổng quỏt khõu cuối cựng của một dụng cụ thỡ cần cú 3 chuyển động để đảm bảo định vị và 3 trục quay để đảm bảo định hƣớng.
- Động học: Sự sắp xếp thực tế của cỏc khõu và cỏc khớp trong robot quyết định khả năng di chuyển của robot. Theo cấu trỳc động học, Robot đƣợc chia thành cỏc loại Robot cú khớp, Robot đề cỏc, song song và Scara.
- Tầm hoạt động: Khụng gian làm việc của Robot. - Khả năng tải: Khối lƣợng mà robot cú thể di chuyển.
- Tốc độ dịch chuyển: Tốc độ robot di chuyển cơ cấu cuối cựng của robot (bàn tay kẹp).
- Độ chớnh xỏc: Độ chớnh xỏc khi di chuyển đến một điểm bất kỳ đƣợc ra lệnh. Độ chớnh xỏc cú thể khỏc nhau ở những tốc độ và vị trớ khỏc nhau trong khụng gian làm việc của Robot.
- Nguồn động lực: Một số robot dựng động lực là động cơ điện, một số khỏc dựng động cơ thủy lực. Nguồn động lực động cơ điện cú đặc điểm nhanh, cụng suất trung bỡnh, cũn động cơ thủy lực thỡ cú đặc điểm lực đẩy lớn, cụng suất lớn, truyền động ờm, dễ điều chỉnh tốc độ, dễ đảo chiều nhƣng tốc độ thƣờng chậm. Nguồn động lực khớ nộn cú đặc điểm cụng suất nhỏ nhƣng vận tốc lớn, khú điều chỉnh chớnh xỏc vận tốc, làm việc ổn hay gõy rung động.
27
- Phƣơng ỏn truyền động: Cú 2 phƣơng ỏn truyền động cho Robot:
+ Một là phƣơng ỏn truyền động trực tiếp: Động cơ dẫn động trực tiếp cơ cấu chấp hành.
+ Hai là: Phƣơng ỏn truyền động giỏn tiếp: Động cơ dẫn động giỏn tiếp cơ cấu chấp hành thụng qua hệ thống truyền động cơ khớ.
- Túm lại một robot cụng nghiệp phải cú ớt nhất 3 đặc điểm sau:
+ Thứ nhất: Cú khả năng thay đổi chuyển động.
+ Thứ hai: Cú khả năng xử lý thụng tin (biết suy nghĩ). + Thứ ba: Cú tớnh vạn năng.
1.6. Ứng dụng của robot cụng nghiệp
1.6.1. Sự cần thiết phải ứng dụng Robot trong cụng nghiệp
Cỏc robot đúng gúp vào sự phỏt triển cụng nghiệp dƣới nhiều dạng khỏc nhau: tiết kiệm sức ngƣời, tăng năng suất lao động, nõng cao chất lƣợng sản phẩm và an toàn lao động, giải phúng con ngƣời khỏi những cụng việc cực nhọc và tẻ nhạt. Robot cụng nghiệp đó và đang đƣợc ứng dụng rộng rói trờn thế giới. Chỳng cú những ƣu điểm sau:
- Robot cú thể thực hiện một quy trỡnh thao tỏc hợp lý, bằng hoặc hơn một ngƣời thợ lành nghề một cỏch ổn định trong suốt thời gian làm việc. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Cú khả năng giảm giỏ thành sản phẩm vỡ giảm đƣợc đỏng kể chi phớ cho ngƣời lao động nhất là ở cỏc nƣớc cú mức lƣơng cao đối với ngƣời lao động, cộng cỏc khoản phụ cấp và bảo hiểm xó hội.
- Việc ứng dụng robot cú thể làm tăng năng suất của dõy truyền cụng nghệ. Theo tài liệu của Fanuc – Nhật Bản thỡ năng suất lao động cú thể tăng 3 lần so với con ngƣời làm việc vỡ trong quỏ trỡnh làm việc, sức ngƣời cú giới hạn do đú con ngƣời dễ bị mệt mỏi.
28
- Ứng dụng Robot cú thể cải thiện đƣợc điều kiện lao động của con ngƣời.
1.6.2. Những ứng dụng điển hỡnh của Robot
Robot đƣợc ứng dụng rộng rói trong nhiều ngành cụng nghiệp. Những ứng dụng ban đầu bao gồm gắp đặt vật liệu, hàn điểm và phun sơn. Đõy là những cụng việc cú điều kiện làm việc khắc nghiệt, nặng nhọc và độc hại đối với sức khỏe của con ngƣời, nhƣng lại hoàn toàn khụng nguy hiểm đối với robot. Ngoài ra, robot cụng nghiệp cũn ứng dụng vào việc phúng xạ, vào mụi trƣờng cú nhiệt độ cao (đỳc), nhiệt độ thấp (rốn, dập), nơi cú ỏp suất cao, ỏp suất thấp (thao tỏc dƣới đỏy biển).
Trong cụng nghiệp robot tham gia vào nhiều lĩnh vực khỏc nhau nhƣ phục vụ cho mỏy cụng cụ, làm khuụn trong cụng nghiệp đồ nhựa, gắn kớnh xe hơi, gắp hàng ra khỏi băng tải và đặt chỳng vào cỏc trạm chuyển trung gian. Dƣới đõy là một số ứng dụng điển hỡnh của robot cụng nghiệp:
a. Ứng dụng robot trong cụng nghệ hàn.
Trƣớc đõy, hàn thƣờng đƣợc thực hiện bằng tay bởi ngƣời cụng nhõn hàn. Tuy nhiờn khi hàn thủ cụng bằng tay sẽ cho năng suất thấp, chất lƣợng mối hàn khụng đƣợc ổn định do sẽ phụ thuộc tõm sinh lý và sự tập trung của ngƣời thợ khi hàn. Mặt khỏc, khi hàn thỡ nhiệt độ và khúi hàn sinh ra sẽ ảnh hƣởng rất lớn đến khả năng quan sỏt của ngƣời thợ hàn. Đặc biệt là cú những trƣờng hợp vị trớ hàn khụng thuận lợi, chỉ đủ khụng gian để ngƣời thợ hàn đƣa kỡm hàn vào khu vực cần hàn mà khụng thể quan sỏt đƣợc đƣờng hàn một cỏch rừ ràng.
Khi thay thế ngƣời thợ hàn bằng robot hàn, quỏ trỡnh hàn đƣợc thực hiện hoàn toàn tự động, ngƣời vận hành chỉ cần tiến hành “dạy học” cho robot một lần cho mỗi thao tỏc hàn, sau đú robot sẽ thực hiện cỏc thao tỏc hàn một cỏch hoàn toàn tự động mà khụng cần tới bất kỳ sự can thiệp nào của ngƣời vận hành. Quỏ trỡnh dạy học cho robot cũng rất đơn giản, hiện nay để dạy học cho cỏc robot hàn, ngƣời vận hành chỉ cần điều khiển robot tới vị trớ điểm đầu và điểm cuối của mỗi đƣờng hàn, sau đú khai bỏo dạng quỹ đạo đƣờng hàn, trong quỏ trỡnh dạy học
29
robot sẽ khụng thực hiện thao tỏc hàn nờn ngƣời vận hành cú thể quan sỏt vị trớ cỏc kỡm hàn bằng mắt thƣờng. Bởi vậy, quỏ trỡnh dạy học cho robot càng trở nờn dễ dàng hơn. Vỡ sau khi dạy học xong, robot sẽ tự động thực hiện quỏ trỡnh hàn đó đƣợc dạy học và lặp lại quỏ trỡnh hàn đú đối với chi tiết tiếp theo nờn chất lƣợng cỏc mối hàn cũng nhƣ quỏ trỡnh hàn luụn đƣợc đảm bảo và ổn định. Thụng thƣờng để đào tạo một thợ hàn bậc cao phải mất nhiều năm, nhƣng để “đào tạo” cụng việc cho một robot hàn chỉ mất một thời gian ngắn từ một vài phỳt đến một vài giờ, tựy theo mức độ phức tạp của chi tiết cần hàn.
Hỡnh 1.4. Robot DTM-Motoman
b. Ứng dụng robot trong gia cụng và lắp rỏp.
Robot đƣợc sử dụng chủ yếu vào cỏc việc thỏo lắp phụi và sản phẩm cho cỏc mỏy gia cụng bỏnh răng, mỏy khoan, mỏy tiện bỏn tự động…Trong ngành chế tạo mỏy và dụng cụ đo, chi phớ lắp rỏp thƣờng chiếm đến 40% giỏ thành sản phẩm, trong khi đú mức độ cơ khớ húa trong lắp rỏp khụng quỏ 10 – 15% đối với sản phẩm hàng loạt và 40% đối với sản xuất hàng loạt lớn. Bởi vậy việc chế tạo và sử dụng robot lắp rỏp cú ý nghĩa rất quan trọng và đƣợc thực hiện từ khỏ sớm, ngay từ những ngày đầu khi Robot đƣợc phỏt minh.
30
c. Ứng dụng của robot trong cỏc nhà mỏy sản xuất.
Trong sản xuất lớn, những robot này là những hệ thống đƣợc tự động húa hoàn toàn: chỳng đo đạc, cắt, khoan cỏc thiết bị chớnh xỏc và cũn cú khả năng hiệu chỉnh cỏc cụng việc của mỡnh, hầu nhƣ ở đõy khụng cần sự giỳp đỡ của con ngƣời trừ chƣơng trỡnh điều khiển trong mỏy tớnh điện tử. Cỏc robot làm tất cả cỏc cụng việc nhƣ vận chuyển sản phẩm từ cụng đoạn sản xuất này tới cụng đoạn sản xuất khỏc kể cả việc đƣa và sắp xếp cỏc sản phẩm vào kho.
d. Ứng dụng robot trong tƣơng lai.
Robot ngày càng thay thế nhiều lao động bởi những ƣu điểm vƣợt trội về năng suất, mức độ ổn định, độ chớnh xỏc giỏ thành sản phẩm, khả năng làm việc đỏp ứng đƣợc những yờu cầu cao trong sản xuất. Trong tƣơng lai, kỹ thuật robot sẽ tận dụng hơn nữa cỏc thành tựu khoa học liờn ngành, phỏt triển cả về phần cứng, phần mềm và ngày càng chiếm lĩnh nhiều lĩnh vực trong cụng nghiệp.
Ngày nay, nếu nhƣ trờn thế giới, Robot thụng minh cú thể thăm dũ sao hỏa, mặt trăng, hay lũng đại dƣơng … thỡ ở Việt Nam cỏc nghiờn cứu về Robot mới chỉ chủ yếu dừng lại ở cỏc vấn đề về động học, động lực học, thiết kế quỹ đạo, xử lý thụng tin cảm biến, cơ cấu chấp hành, điều khiển và phỏt triển trớ thụng minh. Vỡ vậy, vấn đề đặt ra là cần phải tăng cƣờng năng lực trong nƣớc để thiết kế, lắp đặt và ứng dụng cỏc hệ thống tự động linh hoạt trong cỏc ngành cụng nghiệp mũi nhọn của Việt Nam.
31
Kết luận chƣơng 1.
Robot cụng nghiệp là mỏy, thiết bị tự động linh hoạt cố định hoặc di động, đƣợc tớch hợp từ nhiều bộ phận trong đú cỏc bộ phận chớnh bao gồm:
- Cơ cấu chấp hành. - Hệ thống dẫn động.
- Hệ thống điều khiển theo chƣơng trỡnh cú khả năng lập trỡnh linh hoạt. - Hệ thống thụng tin giỏm sỏt.
Vỡ vậy, cú thể núi robot là sự tổng hợp khả năng hoạt động linh hoạt của cỏc cơ cấu với mức độ “tri thức” ngày càng phong phỳ của hệ thống điều khiển theo chƣơng trỡnh số cũng nhƣ kỹ thuật chế tạo, cảm biến, cụng nghệ lập trỡnh và cỏc phỏt triển của trớ tuệ nhõn tạo.
Quỏ trỡnh phỏt triển của robot là sự kết hợp phỏt triển của Khoa học – Kỹ thuật – Cụng nghệ - Sản xuất trong đú cơ khớ chớnh xỏc, mỏy tớnh và cụng nghệ thụng tin hiện là động lực chủ yếu.Thiết kế động học Robot cụng nghiệp là việc thiết lập và giải cỏc hệ phƣơng trỡnh động học.
Robot cụng nghiệp ngày càng đƣợc ứng dụng rộng rói trờn tất cả cỏc lĩnh vực và đó đem lại hiệu quả kinh tế cao. Do đú, việc nghiờn cứu về tổ chức kỹ thuật, hệ tọa độ, phƣơng trỡnh động học cũng nhƣ cỏc nguồn động lực và điều khiển của Robot cụng nghiệp cho phộp ngƣời vận hành sử dụng Robot ngày càng hiệu quả hơn. Kết quả nghiờn cứu chƣơng 1 tạo điều kiện để đi sõu nghiờn cứu Robot Harmo 4 bậc tự do dựng trong cụng nghiệp chất dẻo với bộ điều khiển PLC Omron cho phộp lập trỡnh linh hoạt và tin cậy.
32 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
CHƢƠNG 2. ROBOT HARMO 2.1. Giới thiệu về robot Harmo.
Robot Harmo là một trong những tay mỏy chuyờn dựng để gắp sản phẩm từ khuụn đỳc của cụng nghiệp ộp nhựa. Trong cụng nghệ này, thụng thƣờng sẽ cú một xi lanh thủy lực riờng để điều khiển đúng mở khuụn và đẩy sản phẩm ra ngoài sau khi đó đƣợc làm nguội trong khuụn. Nhƣng những sản phẩm ộp đú cần chuyển qua một khõu vệ sinh sạch sẽ. Để đỏp ứng yờu cầu đú, dõy chuyền ộp nhựa tự động cú trang bị tay mỏy Harmo làm nhiệm vụ gắp sản phẩm từ mỏy ộp và chuyển đến băng tải. Do đú, tay mỏy Harmo sẽ bảo đảm quy trỡnh sản xuất nhựa tự động hoàn toàn.
- Đặc tớnh kỹ thuật.
Robot Harmo cú 4 bậc tự do với 3 bậc tịnh tiến, 1 bậc tự do quay (90o). Robot Harmo nhón hiệu UE700SW – 2R, sử dụng động cơ điện 3 pha điều khiển tốc độ bằng biến tần, với cỏc thụng số ở tần số 50Hz: Cụng suất điện động cơ 0,2 KW, nguồn điện 220V – 3 pha, tốc độ động cơ n = 1450 vũng/phỳt để biến