Định nghĩa: Robot công nghiệp là một loại máy tự động có thể lập trình
được để thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau như: lắp ráp, cấp phôi, sử dụng trong kĩ thuật hàn, kĩ thuật sơn, gián, máy nâng chuyển…
Nhu cầu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng đòi hỏi ứng dụng rộng rãi các phương tiện tự động hoá sản xuất. Đặc biệt là trong các hệ thống CIM, tính tự động hoá của hệ thống sản xuất tích hợp và yêu cầu linh hoạt trong việc thay đổi sản phẩm đòi hỏi ứng dụng một số lượng lớn các robot công nghiệp thực hiện các chức năng chủ yếu như cấp phôi cho các trung tâm gia công, gắp các chi tiết ra sau khi đã gia công, thực hiện quá trình lắp ráp tự động.
1.3.5.1. Những khái niệm cơ bản về robot công nghiệp trong hệ thống CIM 1.3.5.1.1. Các bộ phận cấu thành robot công nghiệp
Hình 1.9. Các bộ phận của robot công nghiệp
a. Phần tay máy
Tay máy bao gồm một tập các thành phần liên kết cơ học được nối với nhau bằng các khớp. Các khớp thường là các khớp quay hoặc các khớp trượt. Thành phần cuối được gọi là thành phần thực hiện cuối vì đó là thành phần gắn dụng cụ hoặc vật tác động. Các cơ cấu chấp hành được sử dụng để điều khiển chuyển động của các khớp của tay máy, một số khớp là khớp chủ động (các khớp có gắn các cơ cấu chấp hành) và một số khác là khớp bị động.
b. Cơ cấu chấp hành
Dạng thuỷ lực, khí nén hoặc điện, trong đó cơ cấu chấp hành chạy bằng năng lượng điện (động cơ) phù hợp và thường được sử dụng nhiều nhất cho các ứng dụng có tốc độ cao, tải trung bình và nhỏ trong khi các cơ cấu chấp hành thuỷ lực phù hợp với các ứng dụng có tốc độ thấp là tải làm việc lớn. Các cơ cấu chấp hành khí nén được ứng dụng trong các ứng dụng tương tự cơ cấu chấp hành thủy lực nhưng với
tải làm việc nhỏ. Nguyên nhân để các cơ cấu chấp hành khí nén cũng được sử
dụng trong công nghiệp vì trong hầu hết các nhà máy đều đã có sẵn các trạm khí nén tập trung.
c. Bộ truyền động
Bộ truyền động là thành phần trung gian giữa cơ cấu chấp hành và các khớp chủ động, chúng được sử dụng bởi các nguyên nhân sau:
- Thông thường các trục ra của cơ cấu chấp hành không phù hợp để truyền
chuyển động trực tiếp cho các thành phần liên quan. Ví dụ: tốc độ quay của động cơ thường khoảng 3000v/p sẽ không phù hợp với các Rôbốt có vận tốc nhỏ do vậy sẽ cần các hộp số để giảm tốc.
- Đầu ra của cơ cấu chấp hành có chế độ động học khác chuyển động của khớp (động cơ chuyển động quay so với khớp trượt chuyển động tịnh tiến hoặc động cơ tuyến tính với chuyển động khớp là quay) .
- Các cơ cấu chấp hành có khối lượng lớn không phù hợp với việc lắp đặt trực tiếp trên khớp liên kết.
d. Bộ điều khiển
* Cảm biến
Để điều khiển một Robot ta cần biết vị trí của các khớp liên kết nên cần có các thiết bị xác định vị trí (bộ mã hoá, đo điện áp...xác định vận tốc, gia tốc đặt tại các khớp hoặc các bộ cảm biến xác định lực / mô men tác dụng lên các khớp. Ngoài ra, Robot cũng có thể trang bị các bộ cảm biến để cung cấp thêm thông tin về tầm nhìn (camera, cảm biến laser...) , rung động...
* Bộ điều khiển
Nó nhận thông tin từ các bộ cảm biến và xử lý ra các lệnh điều khiển để tay máy thực hiện. Nhìn chung nó bao gồm:
- Bộ nhớ để lưu trữ chương trình điều khiển và trạng thái của Rôbốt nhận
được từ các cảm biến .
- Một bộ xử lý trung tâm để tính toán các lệnh điều khiển.
- Phần cứng tương ứng để giao diện với phần chấp hành cũng như với bên
ngoài và người sử dụng.
* Bộ chuyển đổi nguồn năng lượng
(có thể là điện áp thấp hoặc tín hiệu số) sang tín hiệu tương tự có điện áp cao có thể dẫn động cơ cấu chấp hành. Ví dụ: động cơ điện có thể gồm một bộ chuyển đổi số/tương tự và một bộ khuếch đại nối với điện nguồn; với cơ cấu khí nén, nó gồm nguồn khí nén (tập trung hoặc máy nén khí) các van servo tương ứng để điều khiển luồng khí nén, một bộ khuếch đại cho van và một bộ chuyển đổi số/tương tự.
1.3.5.1.2. Bậc tự do của robot
Các loại robot công nghiệp nói chung là các loại thiết bị tự động có thể thực hiện nhiều công dụng. Cơ cấu tay máy phải được cấu tạo sao cho bàn kẹp có thể giữ vật kẹp theo một hướng nhất định nào đó và di chuyển dễ dàng trong vùng làm việc.
Muốn vậy cơ cấu tay máy phải đạt được một số bậc tự dochuyển động nhất định. Số
bậc tự do ở đây là số khả năng chuyển động độc lập của robot. Khi số bậc tự do tăng lên sẽ kéo theo nhiều vấn đề kĩ thuật và kinh tế cần giải quyết. Do đó việc chọn số bậc tự do và phương án tổ hợp để thiết lập nên không gian làm việc của robot nhất thiết phải đảm tính hợp lí đối với tính năng kĩ thuật xác định của robot. Tuy nhiên lĩnh vực hoạt động của robot ngày càng mở rộng và trong trường công tác của nó robot cần phải thao tác ngày càng linh hoạt, tinh vi và khéo léo. Như vậy số bậc tự do ngày càng phải tăng theo những yêu cầu đó của robot.
1.3.5.1.3. Hệ toạ độ và vùng làm việc của robot
Trong tính toán về robot người ta có thể sử dụng các hệ toạ độ khác nhau như sau: Hệ toạ độ trụ; hệ toạ độ cầu; hệ toạ độ vuông góc; hệ toạ độ góc (hệ toạ độ phỏng sinh)
Vùng làm việc của robot hay còn gọi là trường công tác của robot (Working place) là không gian tạo bởi sự tổ hợp của các bậc tự do. Có 3 loại vùng làm việc của robot: cubic (không gian hình hộp); cylinderic (không gian hình trụ); và spheric (không gian cầu).
Hình 1.10. Minh hoạ không gian làm việc của robot
+ Robot với truyền động gián tiếp + Robot với truyền động trực tiếp Phân loại theo cấp chính xác: + Cấp chính xác tuyệt đối + Cấp chính xác lặp lại
1.3.5.1.4. Ứng dụng robot công nghiệp trong hệ thống CIM:
Trong hệ thống sản xuất CIM, các nguyên công chính được thực hiện tự động trên các trung tâm gia công là các máy CNC. Các nguyên công phụ như cấp, tháo phôi trên máy CNC, đưa chi tiết từ vị trí này đến vị trí kia trong hệ thống sản xuất, ... được thực hiện nhờ các robot công nghiệp. Các robot này thực hiện các nguyên công : gắp phôi từ các kho chứa ASRS, vận chuyển và gá đặt chúng tại vùng gia công, sau đó lại tháo các chi tiết đã gia công, vận chuyển và xếp chúng vào thùng chứa hoặc các trạm trung gian để thực hiện các nguyên công tiếp theo. Ngoài ra, trong hệ thống CIM các robot công nghiệp còn được ứng dụng rộng rãi để thực hiện các công đoạn lắp ráp tự động hay ứng dụng trong các quá trình kiểm tra sản phẩm trong dây chuyền sản xuất...
1.3.5.1.5. Các yêu cầu đối với các robot hoạt động trong hệ thống CIM
Để đáp ứng các yêu cầu hoạt động trên trong hệ thống CIM các robot công nghiệp cần có những tính năng sau:
Thực hiện các nguyên công một cách tự động.
Dễ điều chỉnh khi thay đổi đối tượng sản xuất bằng cách thay đổi chương trình lập cho robot. Có khả năng thực hiện nhiều công việc với nhiều loại chi tiết khác nhau.
Phải được kết nối vào mạng truyền thông của hệ thống.
Có khả năng thực hiện các thao tác một cách nhẹ nhàng với độ chính xác cao. Đảm bảo làm việc ổn định theo chu trình trong thời gian dài.
Có khả năng trang bị thiết bị kiểm tra tự động chất lượng gia công và có phần mềm lập trình riêng.