G. C. Devol đăng ký bản quyền phát minh thiết kế robot
1.6. Ứng dụng của robot
Robot được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Có thể phân loại ứng dụng công nghiệp của robot làm các lĩnh vực chính: Vận chuyền, bốc dỡ vật liệu, gia công, lắp ráp thăm đò và các ứng dụng khác.
23
1.6.1. Ứng dụng robot trong vận chuyển, bốc dỡ vật liệu
Trong ứng dụng vận chuyển, robot có nhiệm vụ di chuyển đối tượng từ vị trí này đến vị trí khác. Nhiệm vụ này của robot thực hiện bởi các thao tác nhặt và đặt vật thể. Robot nhặt chỉ tiết ở một vị trí và chuyển dời đến một vị trí khác.
Robot có thể gắp một chỉ tiết ở một vị trí cố định hoặc trên một băng tải đang chuyển động và đặt ở một vị trí cố định khác hoặc đặt trên một băng tải khác đang chuyển động với định hướng chỉ tiết. Robot có khả năng bốc xếp và vận chuyển các chỉ tiết có hình dạng và kích thước khác nhau nhờ các thông tin chuẩn về chỉ tiết lưu trữ trong bộ nhớ và robot sử dụng các cảm biến để nhận dạng chỉ tiết thực. Trong dây chuyền sản xuất, robot được sử dụng để đưa chỉ tiết và và lấy chỉ tiết ra khỏi một máy gia công kim loại, máy CNC, máy đột đập, máy ép nhựa hoặc dây chuyền đúc.
Trong công đọan đóng gói, robot có nhiệm vụ xếp các vật liệu (dạng khối chữ nhật) lên trên một giá (pallet) và đóng gói; bốc đỡ vật liệu khỏi pallet; xếp các sản phẩm vào một hộp caton hoặc nhặt các chỉ tiết ra khỏi hộp.
1.6.2. Ứng dụng trong lĩnh vực gia công vật liệu
Trong công nghiệp gia công vật liệu, robot thực hiện nhiệm vụ như một máy gia công. Do đó tay robot sẽ gắn một dụng cụ thay cho một cơ cấu kẹp.
Ung dụng của robot trong công nghiệp gia công vật liệu bao gồm các công nghệ sau: Hàn điểm; hàn hồ quang liên tục; sơn phủ; công nghệ gia công kim loại...
Hàn điểm là một ứng dụng phổ biến của robot công nghiệp, đặc biệt trong công nghiệp lắp ráp ôtô. Hàn điểm có thể thực hiện bằng hai phương pháp:
Dùng máy hàn điểm và dùng súng hàn điểm. Máy hàn điểm gồm hai điện cực ép chặt hai chỉ tiết và cho dòng điện có giá trị lớn chạy qua, kết quả là hai chỉ tiết sẽ được hàn dính nhau ở một điểm. Dùng hàn điểm gồm hai điện cực và một khung có thể mở hoặc đóng hai điện cực; một cáp lớn dẫn dòng chạy qua. Hệ thống súng hàn điểm có trọng lượng và kích thước lớn và gây kaó khăn cho người điều khiển trong một dây chuyền sản xuất với tốc độ lớn. Robot sẽ được sử dụng rất hiệu quả trong công nghệ hàn điểm này. Trên tay robot sẽ gắn khẩu súng hàn điểm và robot sẽ được lập trình để thực hiện trình tự hàn trên sản phẩm. Ở dây chuyển lắp ráp ôtô, hàng chục robot hàn điểm sẽ làm việc với nhau theo một chương trình lặp sắn. Robot hàn điểm phải có kích thước lớn, có khả năng mang tải trọng để điều khiển súng hàn có khối lượng lớn một cách chính 24
xác. Robot cần phải đưa súng hàn vào đúng vị trí và đúng hướng ở những vị trí người khó thực hiện được. Do đó số bậc tự do robot phải lớn và bộ nhớ máy tính phải có dung lượng lớn. Lợi ích của tự động hóa công nghệ hàn điểm sử dụng robot là nâng cao chất lượng sản phẩm, thao tác an toàn và điều khiển tốt hơn quá trình hàn.
Hàn hồ quang liên tục sử dụng trong công nghệ hàn đường: ghép hai bộ phận kim loại hoặc hàn ống, hàn vành bánh xe... Môi trường làm việc đối với người công nhân hàn hồ quang rất nguy hiểm và độc hại: nhiệt độ cao, tia cực tím sinh ra trong quá trình hàn sẽ gây nguy hiểm đến thị giác con người... Việc ứng dụng robot trong công nghệ hàn hồ quang sẽ cải thiện đáng kể điều kiện làm việc của con người, đồng thời nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
Hai loại công nghệ hàn hồ quang sử dụng robot là hàn hồ quang khí — kim loại (GMAW hoặc MIG) và hàn hồ quang vonfram khí (GTAW hoặc TIG). Tuy nhiên do một số vấn đề về kỹ thuật như nâng cao chất lượng hàn khi có sự thay đổi các thành phần của vật liệu hàn và vấn để kinh tế, nên robot chỉ được sử dụng trong công nghệ hàn hồ quang ở các dây chuyển sản xuất có sản lượng trung bình và lớn. Hệ thống robot hàn gồm hai bộ phận: robot hàn với que hàn, hệ thống cấp dây hàn và bộ phận giữ chỉ tiết hàn có khả năng định vị và định hướng chỉ tiết hàn tương đối so với robot. Ví dụ một hệ thống robot hàn như hình 1.12.
Hình 1.12. Hệ thống robot hàn hồ quang.
25
Sơn phủ bề mặt sử dụng robot đang phổ biến trong công nghiệp thay thế cho con người để cải thiện điều kiện làm việc. Một súng phun sơn được gắn trên tay robot. Điều khiển súng phun sơn được thực hiện trong quá trình là việc cần thỏa mãn các yêu cầu chất lượng sản phẩm. Các tham số được điều khiển là lưu lượng sơn phun, áp suất. Ngoài ra độ nhớt, nhiệt độ, cần được duy trì ở mức cho phép. Súng phun sơn cũng yêu cầu được làm sạch theo những chu kỳ đặt trước.
Trong công nghiệp robot được sử dụng để sơn phủ bề mặt ôtô, bề mặt thiết bị máy, các thiết bị sinh hoạt... Trong dây chuyền sản xuất, robot sơn là một bộ phận của hệ thống, thông thường robot sơn làm việc với hệ thống băng tải mang chi tiết cần sơn. Do đó sự làm việc đồng bộ giữa robot sơn và các khâu khác trong dây chuyền cũng được đặt ra trong thiết kế tự động hóa dây chuyền sơn.
Ngoài các ứng dụng cơ bản trên, robot cũng được sử dụng trong các dây chuyền gia công kim loại như khoan, mài, đánh bóng, trong các máy cặt tia lửa điện, cắt laze...
1.6.3. Ứng dụng robot trong lắp ráp và kiểm tra sản phẩm Công nghệ lắp ráp là lắp một chi tiết vào một bộ phận khác. Robot được sử dụng trong dây chuyền lắp ráp thông thường ở bốn dạng sau: lắp chỉ tiết vào 16, lắp lỗ vào chỉ tiết, lắp chỉ tiết nhiều chân vào lỗ và lắp ngăn xếp. Ở công đoạn lắp chỉ tiết vào lỗ, robot nhặt một chỉ tiết, thông thường là một chốt, lắp vào một
bộ phận máy khác. Chi tiết có thể là hình trụ tròn hoặc hình hộp chữ nhật.
Robot sử dụng trong lắp ráp thông thường có 5-6 bậc tự do để có thể lắp chính xác góc vuông của lỗ vào góc của lỗ. Lắp ráp lỗ vào chỉ tiết, robot được sử dụng lắp các bánh răng vào trục truyền lực... Trong dây chuyền sản xuất bán dẫn, robot được sử dụng lắp các phần tử bán dẫn (vi mạch) nhiều chân vào các vị trí trên các bảng mạch điện tử. Trong ứng dụng này, robot yêu cầu có số bậc tự do cao để có thể định vị và định hướng bất kỳ chỉ tiết trên bảng mạch. Dạng cuối cùng là lắp ngăn xếp, robot sẽ lắp chi tiết chồng lên chỉ tiết trong một ngăn xếp hoặc một rãnh. Ví dụ lắp các tấm thép mỏng của phần ứng động cơ một chiều hoặc khung từ máy biến áp.
Trong công nghiệp lắp ráp, robot có thể hoạt động đơn lẻ để lắp hoàn thiện một thiết bị hoặc làm việc trong một dây chuyển, trong đó mỗi robot sẽ có nhiệm vụ lắp một chỉ tiết trong một thiết bị máy.
Robot cũng được sử dụng trong công đoạn thử nghiệm và kiểm tra. Một trong những ứng dụng của robot trong lĩnh vực đo và kiểm tra sản phẩm là các máy đo toạ độ (Coordinate Measurement Machine - CMM). Máy đo toạ độ 26
(CMM) được sử dụng rộng rãi đế kiểm tra kích thước, vị trí và hình dạng của các chỉ tiết máy hoặc các bộ phận cơ khí. Cấu tạo của CMM bao gồm các bộ phận chính như bàn CMM, bộ phận giảm chấn, cơ cấu đầu dò và hệ thống điều khiển. Bàn máy và bộ phận giảm chấn được thiết kế đảm bảo độ ổn định của cơ cấu nhằm tăng độ chính xác của phép đo. Đầu dò được di chuyển nhờ cơ cấu chuyển động điều khiển vị trí khi chạm vào chỉ tiết sẽ dừng lại, hệ thống điều khiển sẽ đọc các giá trị toạ độ và ghi vào bộ nhớ. Từ các giá trị đo được, có thể xác định được kích thước biên dạng của chỉ tiết nhờ một chương trình phần mềm chuyên dụng.
Trong công nghiệp sản xuất ôtô, CMM được sử dụng để đo và kiểm tra các bộ phận của ôtô (hình 1.13). Trong công nghiệp luyện tôi thép, CMM với trang bị các cảm biến 3D để xác định kích thước sẽ được sử dụng đo chính xác trong
môi trường nhiệt độ cao. Từ đó giảm chỉ phí sản xuất do tiết kiệm
nguyên vật liệu thừa. Hình 1.13. CMM sử dụng trong kiểm tra
kích thước ôtô.
Hãng Mitutoyo là một hãng cung cấp nhiều thiết bị đo lường CNC CMM có độ chính xác cao.
Máy đo CMM của hãng Mitutoyo là sản phẩm đo 3 D có độ chính xác cao và tốc độ đo nhanh. Trên hình 1.14 là hình dạng bên ngoài
của máy đo CMM kiểu Bright- Strato. Với lựa chọn chế độ quét của đầu dò và phần mềm SCANM cho phép người sử dụng có thể quét bể mặt với chế độ liên tục nhanh hơn quét từng điểm. Dựa Hình 1.14. Máy đo CMM kiểu Bright-Strato vào một chuỗi dữ liệu các điểm đo của hãng Mitotoyo.
của vật thể sẽ xác định được các đường nét của vật thể như độ tròn, độn vuông của bề mặt vật thể.
27