KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG ROBOT CễNG NGHIỆP TRONG HỆ SẢN XUẤT LINH HOẠT
3.3.3. Đặc tớnh cụng nghệ của robot cụng nghiệp.
Cỏc robot cụng nghiệp cú kết cấu và đặc tớnh kỹ thuật rất khỏc nhau. Những kết cấu và đặc tớnh kỹ thuật này xỏc định khả năng cụng nghệ và phạm vi sử dụng
của robot. Để hệ thống húa cỏc dữ liệu cần thiết khi lựa chọn robot cụng nghiệp dựng trong cỏc hệ thống FMS người ta đưa ra phương phỏp phõn loại robot cụng nghiệp theo dấu hiệu cụng nghệ. Cơ sở của sự phõn loại đú là chia cỏc robot cụng nghiệp ra cỏc loại theo chức năng, theo đặc điểm của cỏc bộ phận và theo nhúm robot.
Đặc điểm phõn loại được xỏc định bằng kết cấu chung, tớnh di động và diều khiển robot. Kết cấu chung được đặc trưng bằng tớnh di động của than robot, kiểu cấu tạo, độ chớnh xỏc định vị và tớnh vạn năng. Tớnh di động của rụbụt cụng nghiệp được đặc trưng bằng mức độ di động, bước di chuyển của tay mỏy (di chuyển xa nhất) và tớnh tỏc động nhanh. Điều khiển robot cụng nghiệp được đặc trưng bằng dạng điều khiển, phương phỏp lập trỡnh, khối lượng bộ nhớ của cơ cấu điều khiển robot.
Dưới đõy chỳng ta sẽ nghiờn cứu cỏc đặc tớnh cụng nghệ của robot cụng nghiệp trong hệ thống sản xuất linh hoạt.
3.3.3.1.Tớnh di động của thõn robot.
Tớnh di động của thõn robot biểu thị kiểu cấu tạo robot khi làm việc ở trạng thỏi tĩnh và trạng thỏi di động. Như vậy robot cụng nghiệp được chia ra hai loại: Loại cố định (khụng di động) và loại di động. Loại robot cụng nghiệp di động lại được chia ra: Di động trờn nền xưởng và di động trờn giỏ treo.
Robot cụng nghiệp cú thõn khụng di động (cố định) được sử dụng rộng rói cho cỏc mỏy để thực hiện cỏc nguyờn cụng chớnh. Cỏc robot này được lắp đặt trờn nền xưởng ở phớ trước mỏy mà chỳng phục vụ, trờn cỏc robot cụng nghiệp này và cỏc mỏy được phục vụ phối hợp với nhau rất nhip nhàng, chớnh xỏc nhưng khả năng cụng nghệ của chỳng bị hạn chế bởi phạm vi vựng làm việc.
Robot di động trong quỏ trỡnh làm việc di chuyển dọc theo mỏy trờn cỏc thanh ray hoặc cỏc giỏ treo tự động. Robot di động cũng cú thể di chuyển trờn cỏc thanh ray treo phớa trờn mỏy. Như vậy, robot di động cú thể phục vụ nhiều mỏy nằm dọc đường di chuyển, do đú khả năng cụng nghệ được mở rộng, tuy nhiờn điều kiện vận hành cú phức tạp hơn.
Tớnh di động của thõn robot là một trong những yếu tố cơ bản để lựa chọn robot cho hệ thống FMS. Khi chọn robot cho hệ thống FMS, trước hết cần xỏc định xem nờn sử dụng robot tĩnh hay robot di động, sau đú mới chọn cụ thể cỏc đặc tớnh khỏc của robot.
3.3.3.2. trọng tải của robot
Một trong những đặc tớnh cụng nghệ cơ bản của robot là túm (cầm) giữ và vận chuyển đối tượng với khối lượng quy định. Đối với cỏc robot cú nhiều tay mỏy thỡ đặc tớnh cụng nghệ này (trọng tải của robot) được xỏc định theo cỏnh tay cú trọng tải lớn nhất.
Cỏc robot siờu nhẹ với trọng tải ≤ 1kg được dựng rộng rói ở cỏc nguyờn cụng dập và lắp rỏp. Loại này chủ yếu là cỏc robot chuyờn dựng khớ nộn tỏc động nhanh với hai, ba bậc tự do và điều khiển theo chu kỳ.
Cỏc robot nhẹ với trọng tải≤ 10kg thụng thường là cỏc robot cú tốc độ tỏc động trung bỡnh và được trang bị nhiều loại truyền động và cơ cấu điều khiển khỏc nhau . Số bậc tự do của loại robot này cú thể là năm hoặc sỏu.
Cỏc robot trung bỡnh với trọng tải ≤ 100kg là cỏc robot chuyờn dựng và vạn năng. Truyền động của cỏc robot này là truyền động thủy lực, truyền động cơ điện và truyền động tổ hợp. Điều khiển của robot là điều khiển theo vị trớ (theo điểm) và đụi khi điều khiển theo contour (theo đường viền). Tốc độ di chuyển của robot (hoặc của cỏnh tay robot) đạt 0,5ữ1m/s.
Cỏc robot nặng với trọng tải ≥100kg chủ yếu là cỏc robot chuyờn dựng. Truyền động của cỏc robot này là truyền động thủy lực và truyền động cơ – điện, cũn điều khiển của robot là điều khiển theo vị trớ. Tỏc động của cỏc robot này là tỏc động chậm.
Khi chọn robot theo tải trọng cần nhớ rằng trong nhiều trường hợp thụng số này phụ thuộc vào khoảng cỏch và tốc độ di chuyển của tay mỏy. Khoảng cỏch và tốc độ di chuyển của tay mỏy tăng lờn thỡ tải trọng giảm xuống.
3.3.3.3. Số lượng tay mỏy của robot
Cựng với tốc độ tỏc động của robot, số lượng tay mỏy cú ảnh hưởng nhất định đến năng suất của robot. Cỏc robot một tay mỏy được sử dụng rộng rói. Vớ dụ,
để vận chuyển và gỏ đặt cỏc chi tiết cú khối lượng ≤ 0,5 kg trờn cỏc nguyờn cụng dập. Ở đõy, robot chỉ túm lấy chi tiết, vận chuyển và đặt chi tiết vào vị trớ nguyờn cụng, cũn việc lấy chi tiết ra sau khi đó gia cụng xong được thực hiện bằng cỏch thổi (dựng khớ nộn) hoặc bằng cỏc phương phỏp khỏc. Cỏc robot như vậy phải đảm bảo: Di chuyển nhanh, đủ cứng vững trong điều kiện làm việc với tải trong quỏn tớnh lớn, cú hai hoặc 3 bậc tự do, phối hợp cỏc chuyển động gỏ đặt và đẩy phụi.
Cỏc robot một tay mỏy được dựng rộng rói để vận chuyển và gỏ đặt chi tiết cú khối lượng lớn ở cỏc nguyờn cụng cỳ thời gian mỏy (thời gian cơ bản) lớn .
Ưu điểm của robot một tay mỏy là kết cấu và hệ thống điều khiển đơn giản. nhược điểm của robot loại này là khả năng cụng nghệ bị hạn chế, cụ thể là với thời gian mỏy (thời gian cơ bản) nhỏ, cấp, gỏ và thỏo phụi là những nguyờn cụng tới hạn (nguyờn cụng ngắn) do đú dẫn đến tỡnh trạng dừng bổ sung của cỏc mỏy cụng nghệ, cú nghĩa là sử dụng mỏy khụng hết cụng suất.
Cỏc robot hai tay mỏy được dựng túm (cầm) vận chuyển, cấp và thỏo phụi (chi tiết) cỏc khối lượng từ 0,1 đến 5kg (đụi khi tới 10kg). ưu điểm của cỏc robot loại này là chu kỡ làm việc ngắn. Hai cỏnh tay của robot phối hợp nhịp nhàng cỏc nguyờn cụng cấp và thỏo phụi, do đú giảm được thời gian của quy trỡnh cụng nghệ. Cỏc robot hai tay mỏy cú thể cú cơ cấu truyền động và điều khiển chung hoặc riờng cho cỏc cỏnh tay.
Truyền động và điều khiển chung cú kết cấu đơn giản nhưng lại hạn chế khả năng cụng nghệ của robot. Cỏc robot như vậy cú thể được thay thế bằng cỏc robot một tay mỏy với cơ cấu hai tay túm.
Cỏc robot hai tay mỏy với truyền động và điều khiển riờng biệt cho phộp phục vụ cỏc thiết bị cụng nghệ một cỏch linh hoạt hơn. Nhược điểm của cỏc robot này là sơ đồ động và cơ cấu điều khiển phức tạp, do đú ảnh hưởng đờn việc lập trỡnh của robot.
Cỏc robot hai tay mỏy được xếp vào nhỳm cỏc robot chuyờn dựng. Việc sử dụng cỏc robot này vẫn cũn hạn chế. Ưu điểm chớnh của cỏc robot loại này là khả năng tập trung nhõn cụng. Vớ dụ, khi lắp rỏp và khả năng phục vụ đồng thời nhiều thiết bị cụng nghệ.
3.3.3.4. Hệ tọa độ của robot
Khả năng cụng nghệ của cỏc robot cụng nghiệp phụ thuộc rất nhiều vào hệ tọa độ khụng gian mà trong đú cỏc cỏnh tay của robot di chuyển.
Hờ tọa độ dơn giản nhất là hệ tọa độ hỡnh chữ nhật, nú cho phộp di chuyển tay mỏy trong khụng gian hỡnh hộp. Kết cấu của cỏc robot với hệ tọa độ này là rất dơn giản và thuận tiện cho việc lập trỡnh. Tuy nhiờn, khả năng cụng nghệ của cỏc robot đú bị hạn chế: Tỳm (cầm) chi tiết và vận chuyển chi tiết đến vựng gia cụng rất khú khăn, phức tạp húa trang bị cụng nghệ để phục vụ robot và tăng diện tớch sản xuất.
Hệ tọa độ hỡnh trụ cho phộp di chuyển tay mỏy trong khụng gian cú hỡnh trụ. Kết cấu của cỏc robot trong trường hợp này là khụng phức tạp lắm. Khẳ năng cụng nghệ của cỏc robot với hệ tọa độ hỡnh chữ nhật.
Hệ tọa độ cầu cho phộp di chuyển tay mỏy trong khụng gian hỡnh cầu và là hệ tọa độ vạn năng nhất. Hệ tọa độ này cú khả năng cụng nghệ cao nhất, cỏc robot hoạt động trong diện tớch sản xuất nhỏ và trang bị để phục vụ robot đơn giản. Tuy nhiờn, kết cấu của cỏc robot với hệ tọa độ cầu rất phức tạp và việc lập trỡnh cũn nhiều khú khăn.
Ngoài ba dạng hệ tọa độ trờn đõy người ta cũn sử dụng robot với hệ tọa độ tổ hợp, vớ dụ như hệ tọa độ gúc.
3.3.3.5 Dạng truyền động của robot
Cơ cấu truyền động đảm bảo cho tay mỏy cua robot di chuyển theo hướng xỏc định. Cỏc hệ thống truyền động ảnh hưởng rất lớn tới khả năng cụng nghệ của robot. Hệ truyền động khớ nộn trờn cơ sở cỏc xilanh khớ nộn và cỏc tuabin khớ được sử dụng rộng rói trong cỏc robot chuyờn dụng và đụi khi là cỏc robot vạn năng với trọng tải nhỏ hơn hoặc bằng 10kg.
Ưu điểm của hệ truyền động khớ nộn là kết cấu đơn giản, an toàn,giỏ thành chế tạo và vận hành thấp. Tuy nhiờn, khả năng cụng nghệ của robot với hệ truyền động khớ nộn bị hạn chế bởi vỡ hệ truyền động khớ nộn chỉ di chuyển cơ cấu chấp hành từ cữ chạn đến cữ chặn, cú nghĩa là làm việc theo chế độ điều khiển chu kỡ. Vị trớ dựng trung gian của cơ cấu chấp hành chỉ cú thể thực hiện được nhờ thiết kế
cơ cấu chấp hành phức tạp. Ngoài ra, hệ truyền động khớ nộn khụng điều khiển được tốc độ khi di chuyển và đũi hỏi cơ cấu giảm chấn phức tạp để tiếp xỳc ờm và cữ chặn cứng.
Hệ truyền động thủy lực trờn cơ sở cỏc xilanh và động cơ thủy lực được sử dụng trong cỏc robot cú trọng tải >5kg. Loại truyền động này cho phộp điều khiển theo vị trớ và theo coutour (theo đường viền). Ưu điểm của hệ truyền động thủy lực là nhỏ gọn, tạo ra lực lớn, cho phộp điều chỉnh lực và tốc độ di chuyển của cơ cấu chấp hành
Khả năng cụng nghệ của robot với hệ truyền động thủy lực cao hơn robot với hệ truyền động khớ nộn. Tuy nhiờn robot với hệ truyền động thủy lực cú những nhược điểm như: Di chuyển chậm, độ nhớt của dầu phụ thuộc vào nhiệt độ, ỏp lực của dầu khụng ổn định vỡ cỳ sự thất thoỏt trong ống (do đú robot làm việc ổn định), cần cú trạm nạp riờng (trạm thủy lực) và cần yờu cầu cao để vận hành.mặc dự vậy, sử dụng hệ thống truyền động thủy lựu vẫn cú nhiều triển vọng trong cỏc robot cú tải trọng lớn.
Hệ truyền động điện trong cỏc robot cụng nghiệp chưa được dựng rộng rói lắm vỡ cũn thiếu những động cơ điện với những đặc tớnh yờu cầu, nhưng hệ thống chuyển động này cũng cú nhiều ưu điểm. Trong cỏc hệ truyền động này sử dụng động cơ điện một chiều và xoay chiều, cỏc động cơ bước. Hệ truyền động điện được sử dụng trong cỏc robot vạn năng cú trọng tải khỏc nhau với cỏc loại điều khiển theo vị trớ, theo đường viền và theo chu kỳ.
Cỏc robot với hệ truyền động điện cú tớnh linh hoạt cao, đơn giản trong sử dụng và an toàn trong hoạt động. Cỏc robot này tiếp xỳc rất nhẹ nhàng với cỏc thiết bị cụng nghệ. Nhược điểm của cỏc robot với hệ truyền động điện là cỏc đặc tớnh khuụn khổ khối lượng chưa cao vỡ cũn thiếu hệ truyền động cơ điện chuyờn dựng.
Để mở rộng khả năng cụng nghệ của cỏc robot người ta cũn chế tạo cỏc hệ truyền động tổ hợp như: Hệ truyền động khớ nộn, điện-thủy lực ...
Kiểu cấu tạo của cỏc robot cụng nghiệp phụ thuộc vào điều kiện sản xuất và vận hành robot như: Bị phủ bụi ,bị thừa khớ nộn, nhiệt độ, độ ẩm, nguy cơ chỏy nổ và cỏc tỏc động điện từ, cơ khớ …
Cỏc robot cú kiểu cấu tạo chuẩn được sử dụng trong điểu kiện vận hành bỡnh thường. Khi khả năng bị phủ bịu tăng cần sử dụng robot với kiểu cấu tạo chống bụi theo tiờu chuẩn vận hành. Cỏc robot với kiểu cấu tạo chống nhiệt được sử dụng trong cỏc phõn xưởng rốn, dập, đỳc và nhiệt luyện.
Trong sản xuất cú nguy cơ chỏy-nổ cao cần phải sử dụng robot với kiểu cấu tạo chống chỏy-nổ. Tốc độ di chuyển của robot trong cỏc trường hợp này khụng được vượt quỏ 0.5m/s.
Đối với cỏc robot cú kiểu cấu tạo tổ hợp, vớ dụ như kiểu cấu tạo chống bụi và chống nổ thỡ yờu cầu kĩ thuật khi chế tạo và sử dụng phải thống nhất với nhau.
3.3.3.7. Độ chớnh xỏc định vị của robot
Thụng số này của robot cụng nghiệp xỏc định độ chớnh xỏc vươn ra của cỏnh tay robot tới vị trớ và độ chớnh xỏc lặp lại quỹ đạo đó định. Độ chớnh xỏc định vị phải rất cao để robot cú thể túm (cầm) chi tiết từ ổ tớch chữ và chuyển nú tới vựng gia cụng hoặc tới cỏc vị trớ cụng nghệ khỏc. Độ chớnh xỏc và định vị của robot phải đạt yờu cầu kĩ thuật khi lắp rỏp hoặc gia cụng sản phẩm.
Trong nhiều robot cụng nghiệp, độ chớnh xỏc định vị cú thể dao động trong phạm vi nào đú tựy thuộc vào từng điều kiện làm việc cụ thể. Để nõng độ cao chớnh xỏc định vị cần phải giảm tốc độ di chuyển, điều kiện này sẽ làm tăng hoặc giảm yờu cầu về năng suất của robot. Để trỏnh hiện tượng này trong nhiều trường hợp người ta sử dụng cỏc cơ cấu để định hướng chi tiết được vận chuyển trước khi nú được gắp hoặc trước khi nú được gỏ đặt vào vị trớ.
Cỏc robot cú độ chớnh xỏc định vị thấp (độ chớnh xỏc định vị >1mm) được dựng trong cỏc nguyờn cụng sơn hàn.
Cỏc robot cú độ chớnh xỏc định vị trung bỡnh (độ chớnh xỏc định vị trong khoảng 0.1-1mm) được dựng rộng rói hơn. Độ chớnh xỏc định vị như vậy cú thể dễ dàng đạt được nhờ hệ thống điều khiển theo vị trớ, theo chu kỡ và theo vị trớ đường
viền với tốc độ chuyển dịch trong phạm vi 0,5-1m/s. Cỏc robot này đỏp ứng được mọi yờu cầu phục vụ nhiều loại thiết bị cụng nghệ khỏc nhau.
Cỏc robot cú độ chớnh xỏc định vị cao (với sai số<0,1mm)được dựng chủ yếu để lắp rỏp với hệ thống điều khiến theo vị trớ.
3.3.3.8. Tớnh vạn năng của robot
Thụng số này được xỏc định bằng mức độ phự hợp giữa robot cụng ngiệp được hoạch định theo điều kiện với quỏ trỡnh thực hiện cụng việc. Nhỡn chung cỏc robot cụng nghiệp chuyờn dựng đều ỏp dụng được mức độ phự hợp đú, vỡ vậy chỳng đơn giản hơn, kinh tế hơn và thuận tiện hơn trong vận hành.
Cỏc robot cụng nghiệp chuyờn dựng được sử dụng để thực hiện nhưng nguyờn cụng cựng loại mà trong phạm vi của nhưng nguyờn cụng này cú tớnh linh hoạt cần thiết. Khả nằng cụng nghệ của cỏc robot chuyờn dựng được mở rộng nhờ thay đổi kết cấu của robot tựy thuộc vào yờu cầu cụ thể của sản xuất.
Cỏc robot cụng nghiệp vạn năng cú khả năng thực hiện nhiều nguyờn cụng khỏc nhau đối với nhiều chủng loại chi tiết. Cỏc loại robot này cú tớnh linh hoạt cần thiết. Khả năng cụng nghệ của cỏc robot chuyờn dựng được mở rộng nhờ thay đổi kết cấu của robot tựy thuộc vào yờu cầu cụ thể của sản xuất.
Cỏc robot cụng nghiệp vạn năng cú khả năng thực hiện được nhiều nguyờn cụng khỏc nhau đối cới nhiều chủng loại chi tiết. Cỏc loại robot này cú từ 5 bậc tự do trở lờn, chỳng cú khả năng chuyển đổi được sang cụng việc khỏc và khả năng lập trỡnh lại khỏ nhanh.tuy nhiờn cỏc robot cụng nghiệp vạn năng cú giỏ thành cao hơn cỏc robot chuyờn dựng và vận hành cũng phức tạp hơn.
3.3.3.9. Bậc tự do của robot
Đặc tớnh này phản ỏnh khả năng của robot cụng nghiệp đối với việc thực hiện cỏc chuyển động phức tạp trong quỏ trỡnh hoạt động. Bậc tự do của cỏc robot chia ra: Bậc tự do di chuyển và bậc tự do định hướng. Bậc tự do di chuyển thực hiện cỏc chuyển động vận chuyển bằng dịch chuyển của tay mỏy (cỏnh tay robot, cũn bậc tự do định hướng thực hiện việc gỏ đặt đối tượng vận chuyển vào vị trớ yờu cầu. Cỏc bậc tự do di động này được thực hiện nhờ bàn tay của cỏnh tay robot và