a) Sơ đồ quấn dõy đơn cực b) Ký hiệu trờn sơ đồ nguyờn lý.
3.2.1.Rụbốt cụng nghiệp.
3.2.1.1. Định nghĩa
Rụbốt cụng nghiệp là một loại mỏy tự động cú thể lập trỡnh được để thực hiện nhiều nhiệm vụ khỏc nhau như: lắp rỏp, cấp phụi, sử dụng trong kỹ thuật hàn, kỹ thuật sơn, dỏn, mỏy nõng chuyển ...
Nhu cõ̀u nõng cao năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng đũi hỏi ứng dụng rộng rói cỏc phương tiện tự động hoỏ sản xuất. Đặc biệt là trong cỏc hệ thống CIM, tớnh tự động hoỏ của hệ thống sản xuất tớch hợp và yờu cõ̀u linh hoạt trong việc thay đụ̉i sản phẩm đũi hỏi ứng dụng một số lượng lớn cỏc rụbốt cụng nghiệp thực hiện cỏc chức năng chủ yếu như cấp phụi cho cỏc trung tõm gia cụng, gắp cỏc chi tiết ra sau khi đó gia cụng, thực hiện quỏ trỡnh lắp rỏp tự động.
3.2.1.2. Những khỏi niệm cơ bản về rụbụt cụng nghiệp trong hệ thống CIM.
Hỡnh 3.3. Cỏc bộ phận cơ bản của Rụbụt Cảm biến ngoại tớn hiệu Cảm biến nội tớn hiệu Hệ thống điềukhiển Hệ thống truyền dẫn động Dụng cụ thao tỏc Mỏy tớnh
Để tiờu chuẩn hoỏ cụng việc thiết kế, Rụbốt được chia làm ba phõ̀n chớnh: nguồn cung cấp năng lượng, bộ điều khiển và phõ̀n tay mỏy. Mỗi phõ̀n trong ba phõ̀n chớnh trờn bao gồm nhiều bộ phận và cỏc bộ phận cú thể biến đụ̉i để đỏp ứng tiờu chuẩn và cỏc thụng số thiết kế của mỗi Rụbụt nhất định.
a. Phần tay mỏy
Tay mỏy bao gồm một tập cỏc thành phõ̀n liờn kết cơ học được nối với nhau bằng cỏc khớp. Cỏc khớp thường là cỏc khớp quay hoặc cỏc khớp trượt. Thành phõ̀n cuối được gọi là thành phõ̀n thực hiện cuối hoặc điểm tỏc động cuối, đú là thành phõ̀n gắn dụng cụ hoặc vật tỏc động.
b.Cơ cấu chấp hành
Cỏc cơ cấu chấp hành thường là loại tuyến tớnh hoặc quay, chỳng cú thể là dạng thuỷ lực, khớ nộn hoặc điện, trong đú cỏc cơ cấu chấp hành chạy bằng năng lượng điện (động cơ) phự hợp và thường được sử dụng nhiều nhất cho cỏc ứng dụng cú tốc độ cao, tải trung bỡnh và nhỏ trong khi cơ cơ cấu chấp hành thuỷ lực phự hợp với cỏc ứng dụng cú tốc độ thấp là tải làm việc lớn. Cỏc cơ cấu chấp hành khớ nộn được sử dụng trong cỏc ứng dụng tương tự cơ cấu chấp hành thuỷ lực nhưng với tải làm việc nhỏ. Nguyờn nhõn để cỏc cơ cấu chấp hành khớ nộn cũng được sử dụng trong cụng nghiệp và trong hõ̀u hết cỏc nhà mỏy đều đú cú sẵn cỏc trạm khớ nộn tập trung.
c. Bộ truyền động.
Bộ truyền động là thành phõ̀n trung gian giữa cơ cấu chấp hành và cỏc khớp chủ động, chỳng được sử dụng bởi cỏc nguyờn nhõn sau:
- Thụng thường cỏc trục ra của cỏc cơ cấu chấp hành khụng phự hợp để truyền chuyển động trực tiếp cho cỏc thành phõ̀n liờn quan.
- Đõ̀u ra của cơ cấu chấp hành cú chế độ động học khỏc chuyển động của khớp (động cơ chuyển động quay so với khớp trượt chuyển động tịnh tiến hoặc động cơ tuyến tớnh với chuyển động khớp là quay) .
- Cỏc cơ cấu chấp hành cú khối lượng lớn khụng phự hợp với việc lắp đặt trực tiếp trờn khớp liờn kết.
d. Cảm biến.
Để điều khiển một Rụbốt ta cõ̀n biết vị trớ của cỏc khớp liờn kết nờn cõ̀n cú cỏc thiết bị xỏc định vị trớ (bộ mó húa, đo điện ỏp...) xỏc định vận tốc, gia tốc đặt tại cỏc khớp hoặc cỏc bộ cảm biến xỏc định lực/mụ men tỏc dụng lờn cỏc khớp. Ngoài ra, Rụbốt cũng cú thể trang bị cỏc bộ cảm biến để cung cấp thờm thụng tin về tõ̀m nhỡn (camera, cảm biến laser...), rung động...
e.Bộ điều khiển.
Bộ điều khiển cung cấp tớnh thụng minh cõ̀n thiết để điều khiển hệ thống Rụbốt. Nú nhận thụng tin từ cỏc bộ cảm biến và xử lý đưa ra cỏc lệnh điều khiển để tay mỏy thực hiện. Nhỡn chung nú bao gồm:
- Bộ nhớ để lưu trữ chương trỡnh điều khiển và trạng thỏi của Rụbốt nhận được từ cỏc cảm biến.
- Một bộ xử lý trung tõm để tớnh toỏn cỏc lệnh điều khiển.
- Phõ̀n cứng tương ứng để giao diện với phõ̀n chấp hành cũng như với bờn ngoài và người sử dụng.
f. Bộ chuyển đổi nguồn năng lượng.
Bộ chuyển đụ̉i năng lượng biến đụ̉i và thực hiện cỏc lệnh của bộ điều khiển (cú thể là điện ỏp thấp hoặc tớn hiệu số) sang tớn hiệu tương tự cú điện ỏp cao cú thể dẫn động cơ cấu chấp hành.
3.2.1.3. Bậc tự do của rụbốt.
Cỏc loại rụbốt cụng nghiệp núi chung là cỏc loại thiết bị tự động cú thể thực hiện nhiều cụng dụng. Cơ cấu tay mỏy phải được cấu tạo sao cho bàn kẹp cú thể giữ vật kẹp theo một hướng nhất định nào đú và di chuyển dễ dàng trong vựng làm việc. Muốn vậy cơ cấu tay mỏy phải đạt được một số bậc tự do chuyển động nhất định. Số bậc tự do ở đõy là số khả năng chuyển động độc lập của rụbụt. Khi số bậc tự do tăng lờn sẽ kộo theo nhiều vấn đề kỹ thuật và kinh tế cõ̀n giải quyết. Do đú việc chọn số bậc tự do và phương ỏn tụ̉ hợp để thiết lập nờn khụng gian làm việc của rụbốt nhất thiết phải đảm tớnh hợp lý đối với tớnh năng kĩ thuật xỏc định của rụbốt. Tuy nhiờn lĩnh vực hoạt động của rụbốt ngày càng mở rộng và trong trường cụng
tỏc của nú rụbốt cõ̀n phải thao tỏc ngày càng linh hoạt, tinh vi và khộo lộo. Như vậy số bậc tự do ngày càng phải tăng theo những yờu cõ̀u đú của rụbốt.
3.2.1.4. Hệ toạ độ và vựng làm việc của rụbốt.
Trong tớnh toỏn về rụbốt người ta cú thể sử dụng cỏc hệ toạ độ khỏc nhau như sau: Hệ toạ độ trụ; hệ toạ độ cõ̀u; hệ toạ độ vuụng gúc; hệ toạ độ gúc (hệ toạ độ phỏng sinh)
Vựng làm việc của rụbốt hay cũn gọi là trường cụng tỏc của rụbốt (Working place) là toàn bộ thể tớch được quột bởi cơ cấu chấp hành cuối khi rụbốt thực hiện tất cỏc chuyển động cú thể. Trường cụng tỏc bị ràng buộc bởi bởi cỏc thụng số hỡnh học của rụbốt cũng như ràng cơ học của cỏc khớp. Cú 3 loại vựng làm việc của rụbốt: cubic (khụng gian hỡnh hộp); cylinderic (khụng gian hỡnh trụ); và spheric (khụng gian cõ̀u).
Hỡnh 3.4. Hỡnh minh hoạ khụng gian làm việc của rụbốt (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2.1.5. Ứng dụng rụbốt cụng nghiệp trong hệ thống CIM.
Trong hệ thống sản xuất CIM, cỏc nguyờn cụng chớnh được thực hiện tự động trờn cỏc trung tõm gia cụng là cỏc mỏy CNC. Cỏc nguyờn cụng phụ như cấp, thỏo phụi trờn mỏy CNC, đưa chi tiết từ vị trớ này đến vị trớ kia trong hệ thống sản xuất, được thực hiện nhờ cỏc rụbụt cụng nghiệp. Cỏc rụbốt này thực hiện cỏc nguyờn cụng: gắp phụi từ cỏc kho chứa phụi, vận chuyển và gỏ đặt chỳng tại vựng gia cụng, sau đú lại thỏo cỏc chi tiết đó gia cụng, vận chuyển và xếp chỳng vào thựng chứa hoặc cỏc trạm trung gian để thực hiện cỏc nguyờn cụng tiếp theo. Ngoài ra, trong hệ thống CIM cỏc rụbốt cụng nghiệp cũn được ứng dụng rộng rói để thực
hiện cỏc cụng đoạn lắp rỏp tự động hay ứng dụng trong cỏc quỏ trỡnh kiểm tra sản phẩm trong dõy chuyền sản xuất...
3.2.1.6. Cỏc yờu cầu đối với rụbụt hoạt động trong hệ thống CIM.
Để đỏp ứng cỏc yờu cõ̀u hoạt động trờn trong hệ thống CIM cỏc rụbụt cụng nghiệp cõ̀n cú những tớnh năng sau:
- Thực hiện cỏc nguyờn cụng một cỏch tự động.
- Dễ điều chỉnh khi thay đụ̉i đối tượng sản xuất bằng cỏch thay đụ̉i chương trỡnh lập cho rụbốt. Cú khả năng thực hiện nhiều cụng việc với nhiều loại chi tiết khỏc nhau. - Phải được kết nối vào mạng truyền thụng của hệ thống.
- Cú khả năng thực hiện cỏc thao tỏc một cỏch nhẹ nhàng với độ chớnh xỏc cao. - Đảm bảo làm việc ụ̉n định theo chu trỡnh trong thời gian dài.
- Cú khả năng trang bị thiết bị kiểm tra tự động chất lượng gia cụng và cú phõ̀n mềm lập trỡnh riờng.
3.2.1.7. Thiết kế Rụbụt cụng nghiệp trong mụ hỡnh CIM.
Rụbụt cụng nghiệp được thiết kế theo kiểu ARM bao gồm 4 khõu động được liờn kết với nhau bằng cỏc khớp quay. Kết cấu này cú ưu điểm vựng làm việc của rụbụt khỏ lớn, rụbụt di chuyển rất linh hoạt, kết cấu này được ứng dụng nhiều trong cỏc rụbụt hàn, rụbụt phun sơn. 47.0 24 7 .0 190. 6 19 0.6 171. 0 Hỡnh 3.5. Sơ đồ của mụ hỡnh rụbụt
Trong cụng nghiệp cỏc khớp động này được đẫn động bằng cỏc động cơ AC sevor, hoặc cỏc sevor chuyờn dụng. Cỏc động cơ này cú ưu điểm độ chớnh xỏc cao, cụng suất lớn tuy nhiờn giỏ thành rất cao, hơn nữa cỏc động cơ sevor thường phải cú cỏc bộ điều khiển đi kốm nờn việc viết chương trỡnh ứng dụng tương đối phức tạp. Với giới hạn trong luận văn, rụbụt chỉ thực hiện gắp cỏc vật cú trọng lượng nhỏ nờn luận văn đó lựa chọn động cơ dẫn động cỏc khớp động của rụbụt là cỏc động cơ bước đơn cực. Động cơ bước cú đặc điểm điều khiển vị trớ, tốc độ khỏ đơn giản, dễ chế tạo mạch điều khiển, giỏ thành rẻ. Tuy nhiờn động cơ bước cú nhược điểm cụng suất khụng cao, khối lượng nhỏ, cỏc động cơ bước thường điều khiển vũng hở.
Cỏc thụng số cơ bản của động cơ bước mó hiệu 103H7124-1043 FH6-1196
- Số đụi cực từ 2p = 50 - Điện ỏp nguồn 24 VDC - Dũng định mức 1.5 A
- Số Cuộn dõy trờn stato 4; Gúc bước: 1.8 độ
Hỡnh 3.6. Động cơ bước Sanyo Denki
`
Do khối lượng của động cơ bước khỏ lớn trong khớ đú cụng suất của động cơ bước nhỏ, vỡ vậy nếu bố trớ cỏc động cơ này tại cỏc khớp động như cỏc rụbụt thụng thường là khụng hợp lý. Do đú luận văn bố trớ cỏc động cơ dẫn động tại thõn của rụbụt và dẫn động lờn cỏc khớp động bằng cỏc khớp động bằng cỏc bộ truyền đai. Để tăng momen của cỏc khớp động luận văn sử dụng cỏc hộp số trục vớt cú tỷ số truyền 1:30.
Tay gắp của rụbụt làm nhiệm vụ gắp phụi từ băng tải cấp phụi và đặt vào đồ gỏ tự động của mỏy CNC. Do đú yờu cõ̀u của tay gắp phải chuyển động nhanh, chớnh xỏc và khối lượng nhỏ. Do đú luận văn sử dụng động cơ mini servo chuyển động.
Hỡnh 3.8. Tay gắp rụbụt