Nghiên cứu thiết kế và chế tạo Robot phục vụ sản xuất trong các điều kiện môi trường độc hại và không an toàn

Chia sẻ: Nguyen Lan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:436

Thêm vào BST

Báo xấu

143
lượt xem 35
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ô tô, công nghiệp Điện và điện tử, công nghệ chế tạo máy và công nghiệp chế biến thực phẩm. Những công việc thường được áp dụng robot là hàn, lắp ráp, vận chuyển sản phẩm và cấp phối bởi trong các dây chuyền tự động. Tính linh hoạt trong vận hành khai thác...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo Robot phục vụ sản xuất trong các điều kiện môi trường độc hại và không an toàn

BGD&ÑT ÑHBK-ÑHQG HCM ÑHBK-ÑHQG HCM ÑHBK-ÑHQG HCM BGD&ÑT BGD&ÑT BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP. HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA ______________***______________ BAÙO CAÙO TOÅNG KEÁT KHOA HOÏC VAØ KYÕ THUAÄT ÑEÀ TAØI NGHIEÂN CÖÙU THIEÁT KEÁ VAØ CHEÁ TAÏO ROBOT PHUÏC VUÏ SAÛN XUAÁT TRONG CAÙC ÑIEÀU KIEÄN MOÂI TRÖÔØNG ÑOÄC HAÏI VAØ KHOÂNG AN TOAØN PGS. TS. Leâ Hoaøi Quoác 6147 17/11/2006 TPHCM, thaùng 08/2004 Baûn quyeàn 2004 thuoäc ÑHBK-ÑHQG HCM Ñôn xin sao cheùp toaøn boä hoaëc töøng phaàn taøi lieäu naøy phaûi gôûi ñeán Hieäu tröôûng ÑHBK-ÑHQG HCM tröø tröôøng hôïp söû duïng vôùi muïc ñích nghieân cöùu.
MUÏC LUÏC Chöông I: TOÅNG QUAN VEÀ THIEÁT KEÁ ROBOT COÂNG NGHIEÄP 11 1.1 Caùc giai ñoaïn thieát keá vaø tích hôïp heä thoáng 11 1.2 Nhieäm vuï thieát keá 13 1.2.1 Phaân tích chöùc naêng 14 1.2.2 Thieát keá heä thoáng robot 17 1.3 Thieát keá ñoäng hoïc robot 20 1.3.1 Caáu hình ñoäng hoïc 21 1.3.2 Robot hoaït ñoäng trong khoâng gian Descartes 24 1.3.3 Robot toïa ñoä truï 25 1.3.4 Robot SCARA 25 1.3.5 Robot vôùi lieân keát toaøn khôùp baûn leà 26 1.3.6 Robot laép gheùp töø caùc moâ ñun chuyeån ñoäng 26 1.3.7 Robot song song 27 1.4 Ñieàu khieån chuyeån ñoäng 29 1.4.1 Toång quaùt 29 1.4.2 Tính toaùn chuoãi truyeàn ñoäng 29 1.5 Nguoàn daãn ñoäng 34 1.5.1 Ñoäng cô ñieän 34 1.5.1.5 Ñoäng cô ñoàng boä 35 1.5.1.2 Ñoäng cô khoâng ñoàng boä 36 1.5.1.3 Ñoäng cô chuyeån ñoäng thaúng 36 1.5.2 Nguoàn daãn ñoäng ñieän – daàu eùp 37 1.5.3 Cô caáu truyeàn ñoäng 38 1.5.3.1 Truyeàn chuyeån ñoäng thaúng 39
1.5.3.2 Truyeàn chuyeån ñoäng quay 40 1.6 Khôùp noái 43 1.7 Heä thoáng ño 44 1.7.1 Boä maõ hoùa quang ñieän tuyeät ñoái 44 1.7.2 Boä maõ hoùa quang ñieän loaïi quay 45 1.7.3 Boä ño chuyeån vò goùc daïng caûm öùng ñieän töø 47 1.8 Hieäu chænh chuaån robot 48 1.8.1 Caùc böôùc hieäu chænh chuaån 50 1.8.2 Kyõ thuaät vaø thieát bò ño 52 1.8.3 Nhaän daïng caùc thoâng soá 55 1.8.4 Thöïc hieän 56 1.8.5 Thöû nghieäm 57 Chöông 2: CAÙC BAØI TOAÙN VAØ PHAÀN MEÀM TÍNH TOAÙN & MOÂ PHOÛNG CAÙC ÑAËC ÑIEÅM ÑOÄNG HOÏC VAØ ÑOÄNG LÖÏC HOÏC CUÛA CÔ CAÁU ROBOT DÖÏ KIEÁN THIEÁT KEÁ 60 2.1 Muïc tieâu nghieân cöùu 60 2.2 Baøi toaùn ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc robot 61 2.2.1 Cô sôû lyù thuyeát 61 2.2.2 Baøi toaùn ñoäng hoïc thuaän 62 2.2.3 Baøi roaùn ñoäng hoïc ngöôïc 64 i/ Khaûo saùt nhoùm chuyeån ñoäng chính vôùi 3 khaâu 66 ñònh vò trí (nhoùm ñònh vò) ii/ Khaûo saùt nhoùm 3 khaâu ñònh höôùng (nhoùm ñònh höôùng) 68 2.3 Baøi toaùn ñoäng löïc hoïc 70 2.3.1 Muïc ñích cuûa vieäc khaûo saùt baøi toaùn ñoäng löïc hoïc 70 2.3.2 Khaûo saùt baøi toaùn ñoäng löïc hoïc cuûa tay maùy nhieàu baäc töï do 70
2.4 Keát quaû aùp duïng treân moät soá tay maùy trong haïng muïc cuûa ñeà taøi 78 2.4.1 Treân robot vaïn naêng caáp phoâi cho maùy toâi cao taàn 81 2.4.2 Treân Robot camera crane 85 2.4.3 Treân robot SCARA 89 2.4.2 Treân tay maùy laáy saûn phaåm phoâi nhöïa PET 93 Chöông 3: MOÄT SOÁ PHAÀN TÖÛ TIEÂU BIEÅU ÑÖÔÏC ÖÙNG DUÏNG 97 TREÂN HEÄ THOÁNG ROBOT THIEÁT KEÁ 3.1 Boä ñieàu khieån PC-based 97 3.1.1 Caáu truùc chung 97 3.1.2 Caùc loaïi boä ñieàu khieån 103 3.1.3 Boä noäi suy 107 3.1.4 Giôùi thieäu chung veà card noäi suy PCL-832 114 3.1.5 Boä ñieàu khieån öùng duïng trong ñeà taøi 124 3.2 Panel laäp trình vaø ñieàu khieån (teach pendant) 128 3.2.1 Chöùc naêng cuûa teach pendant 128 3.2.2 Moät soá loaïi Teach Pendant cuûa Robot Coâng nghieäp 131 3.2.3 Nguyeân lyù caáu taïo cuûa panel laäp trình vaø ñieàu khieån – 135 Teach Pendant 3.3 Keát noái heä thoáng – teá baøo saûn xuaát töï ñoäng vôùi robot 137 3.3.1 Teá baøo saûn xuaát töï ñoäng 137 3.3.2 Vaán ñeà truyeàn thoâng treân heä thoáng saûn xuaát töï ñoäng 143 Chöông 4: CAÙC HAÏNG MUÏC PHAÀN MEÀM 152 4.1 Giôùi thieäu chung 152
4.2 Phaàn meàm 1: Phaàn meàm hoã trôï tra cöùu robot 152 4.2.1 Giôùi thieäu 152 4.2.2 Caùc tính naêng cuûa phaàn meàm tra cöùu robot 153 4.2.3 Caùch caäp nhaät döõ lieäu cho phaàn meàm 167 4.2.4 Höôùng phaùt trieån trong töông lai cuûa phaàn meàm 171 4.3 Phaàn meàm laäp trình - ñieàu khieån robot vaø phaàn meàm moâ phoûng hoaït ñoäng cuûa robot 174 4.3.1 Giôùi thieäu 174 4.3.2 Moâñun ñieàu khieån 175 4.3.3 Moâñun moâ phoûng - giaùm saùt 177 4.3.4 Laäp trình vaø vaän haønh robot 179 4.3.5 Moâ phoûng vaø giaùm saùt hoaït ñoäng cuûa robot 189 4.3.6 Keát luaän 192 Chöông 5: Giôùi thieäu caùc haïng muïc robot ñaõ thöïc hieän trong ñeà taøi193 5.1 Robot haøn vaø robot phuïc vuï cho caùc quaù trình hoùa nhieät luyeän 193 5.1.1 Giôùi thieäu 193 5.1.2 Nhöõng ñaëc tính cô baûn 194 5.1.3 Keát caáu 196 5.1.4 Truyeàn ñoäng 198 5.1.5 Heä thoáng ñieàu khieån 200 5.1.6 Caùc thieát bò coâng ngheä 202 5.1.7 ÖÙng duïng thöû nghieäm trong saûn xuaát 203 5.2 Robot phuïc vuï trong quoác phoøng 204 5.2.1 Chöùc naêng cuûa robot 204 5.2.2 Keát caáu cô khí 207 5.2.3 Heä thoáng ñieàu khieån 207
5.2.4 Laép ñaët robot trong saûn xuaát 207 5.3 Robot camera crane – phuïc vuï cho coâng vieäc quay phim 208 5.3.1 Sô löôïc quaù trình phaùt trieån 208 5.3.2 Nguyeân lyù caáu taïo vaø hoaït ñoäng 215 5.3.3 Baøi toaùn ngöôïc vò trí cho caùc chuyeån ñoäng buø cuûa RCC 217 ñeå baùm muïc tieâu ñònh tröôùc 5.3.4 Chuyeån ñoäng baùm muïc tieâu di ñoäng 220 5.3.5 Caùc cheá ñoä hoaït ñoäng 221 5.4 Tay maùy laáy laáy saûn phaåm nhöïa 224 5.4.1 Sô löôïc veà coâng ngheä saûn xuaát saûn phaåm PET 224 treân maùy eùp phun 5.4.2 Moät soá giaûi phaùp taêng naêng suaát ñöôïc aùp duïng treân maùy eùp 227 phun ñeå taïo phoâi PET 5.4.3 Tay maùy laáy phoâi kieåu naèm ngang – giaûi phaùp naâng cao 228 naêng suaát treân maùy eùp 5.4.4 Tay maùy laáy saûn phaåm theo phöông ñöùng, aùp duïng treân 232 maùy eùp nhöïa kieåu eùp phun Chöông 6: KEÁT QUAÛ ÑAÏT ÑÖÔÏC VAØ KIEÁN NGHÒ 236 6.1 Veà keát quaû nghieân cöùu öùng duïng cuûa ñeà taøi 236 i. Veà phöông phaùp thieát keá robot 236 ii. Veà phöông phaùp giaûi baøi toaùn ñoäng löïc hoïc tay maùy treân cô sôû 237 taùch nhoùm 3 khaâu – Xaây döïng phaàn meàm tính toaùn vaø moâ phoûng keát quaû iii. Veà thieát keá, tích hôïp moät soá phaàn töû quan troïng cuûa heä thoáng 238 ñieàu khieån robot: boä ñieàu khieån PC based vaø Teach pendant iv. Xaây döïng phaàn meàm laäp trình – ñieàu khieån vaø moâ phoûng 239
hoaït ñoäng cuûa robot. 6.2 Veà goùc ñoä phuïc vuï ñaøo taïo cuûa ñeà taøi 239 6.3 Caùc saûn phaåm cuï theå cuûa ñeà taøi vaø keát quaû öùng duïng thöû nghieäm 240 taïi cô sôû saûn xuaát. 6.4 Vaøi suy nghó töï ñaùnh giaù vaø kieán nghò. 241 Lôøi caûm ôn 244 Taøi lieäu tham khaûo 245 Phaàn phuï luïc 246 - Baûn veõ laép cuûa moät soá haïng muïc tieâu bieåu - YÙ kieán nhaän xeùt cuûa nôi öùng duïng - Keát quaû kieåm tra, ñaùnh giaù cuûa Cô quan chöùc naêng veà moät soá ñaëc ñieåm vaø chæ tieâu kyõ thuaät cô baûn cuûa saûn phaåm nghieân cöùu Ñóa minh hoïa caùc haïng muïc phaàn meàm Taøi lieäu giôùi thieäu caùc haïng muïc ñaõ thöïc hieän cuûa ñeà taøi Caùc taäp baûn veõ thieát keá cuûa töøng haïng muïc thieát bò
DANH SAÙCH NHÖÕNG NGÖÔØI THAM GIA THÖÏC HIEÄN TT Hoï vaø teân Chöùc danh Cô quan – ñôn vò 1 Leâ Hoaøi Quoác PGS. TS Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM Chuû nhieäm ñeà taøi 2 Leâ Vaên Ngöï TS, chuû nhieäm Phoøng Robot – Vieän NC Ñieän töû, Tin ÑT nhaùnh hoïc vaø Töï ñoäng hoùa – VIELINA 3 Hoaøng Vaên Chaâu TS Vieän Cô khí – Haø Noäi 4 Hoà Xuaân Vónh TS Vieän Teân löûa 5 Phaïm Anh Tuaán TS Vieän Cô hoïc VN 6 Leâ Vaên Duõng KS ÑT Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM 7 Nguyeãn Vaên Thaønh KS CK CTM Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM 8 Nguyeãn Ñaøm Taán Th.S CKCTM Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM 9 Leâ Tuaán Anh Th.S ÑKTÑ Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM 10 Phan Traàn Hoà Truùc KS. ÑKTÑ Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM 11 Nguyeãn Baûo Tuyeân KS. ÑKTÑ Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM 12 Leâ Ñình Phong KS. ÑKTÑ Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM 13 Phan Khaùnh Nam KS. ÑKTÑ Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM 14 Nguyeãn Quoác Thaùi KS. CNTT Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM 15 Phan Quoác Höng KS. ÑKTÑ Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM 16 Laïi Anh Khoa KS ÑKTÑ Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM 17 Nguyeãn Hoaøi Nhaân KS CK TÑ Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM 18 Vuõ Hoaøng Nam KS CNTT Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM 19 Buøi Thanh Luaân KS CKTÑ Tröôøng ÑHDL KT CN TP. HCM 20 Nguyeãn Ñöùc Toaøn KS VIELINA 21 Nguyeãn Vaên Quang KS CK VIELINA 22 Nguyeãn Cao Sôn KS ÑT VIELINA 23 Ñaïng Anh Vieät KS ÑKTÑ VIELINA 24 Ñaëng Anh Quang KS ÑKTÑ VIELINA 25 Phaïm Vaên Baïch Ngoïc KS Vieän Cô hoïc VN 26 Ñoã Traàn Thaéng KS Vieän Cô hoïc VN 27 LeâThanh Thuûy KS Vieän Cô hoïc VN 28 Ñinh Toaøn Thaéng KS Xöôûng Vuõ khí – Boä ñoäi Bieân phoøng i
GIÔÙI THIEÄU TOÙM TAÉT VEÀ ÑEÀ TAØI Theo öôùc tính chöa ñaày ñuû trong baùo caùo World Robotics 2003 cuûa toå chöùc UNECE thuoäc Lieân ñoaøn Robot quoác teá (IRF – International Robot Federation) thì hieän nay treân toaøn theá giôùi coù khoaûng 770.000 robot ñang ñöôïc söû duïng trong caùc lónh vöïc saûn xuaát coâng nghieäp. Trong soá ñoù, 350.000 (chieám 45,5%) ôû Nhaät Baûn, 233.000 (chieám 30,3%) ôû EU vaø khoaûng 104.000 (chieám 13,5%) ôû Baéc Myõ. ÔÛ Chaâu Aâu, CHLB Ñöùc daãn ñaàu vôùi 105.000 robot, tieáp theo laø Italia vôùi 47.000, Phaùp 24.000, Taây Ban Nha 18.000 vaø Anh 14.000. Trong khoaûng thôøi gian suy thoaùi kinh teá gaàn ñaây nhaát (töø naêm 1997 ñeán naêm 2002) thò tröôøng Robot giaûm trung bình 12% – 16% /naêm. Tuy nhieân nhìn chung möùc ñoä suy giaûm trong ñaàu tö so vôùi caùc saûn phaåm coâng ngheä cao khaùc (nhö maùy coâng cuï CNC bò suy giaûm chæ coøn 1/3) vaãn coøn khaû quan hôn ñaùng keå. Theo ñieàu tra haøng quyù cuûa UNECE/ IFR veà doanh soá ñaët haøng robot coâng nghieäp cuûa haàu heát caùc haõng lôùn nhaát theá giôùi thì doanh soá toaøn caàu cuûa naêm 2003 taêng 26% so vôùi cuøng kyø naêm 2002. Xu theá trong giai ñoaïn 2003 – 2006 möùc taêng tröôûng veà doanh soá treân saûn phaåm robot noùi chung (trong ñoù robot coâng nghieäp chieám hôn 65%) ñöôïc döï baùo nhö sau: Baéc Myõ taêng 35%, Chaâu Aâu taêng 25%, Chaâu AÙ taêng 18%, caùc khu vöïc khaùc taêng 19%. Nhöõng lónh vöïc coâng nghieäp söû duïng robot nhieàu nhaát laø coâng nghieäp OÂ toâ, coâng nghieäp Ñieän vaø Ñieän töû, coâng nghieäp Cheá taïo maùy vaø coâng nghieäp cheá bieán thöïc phaåm. Nhöõng coâng vieäc thöôøng ñöôïc aùp duïng robot laø haøn, laép raùp, vaän chuyeån saûn phaåm vaø caáp phoâi trong caùc daây chuyeàn töï ñoäng. Tính linh hoaït trong vaän haønh khai thaùc, khaû naêng hoaït ñoäng tinh vi, nhanh vaø chuaån xaùc, khaû naêng thay theá con ngöôøi trong moâi tröôøng laøm vieäc ñoäc haïi vaø khoâng an toaøn cuûa robot coâng nghieäp laø nhöõng yeáu toá quyeát ñònh cuûa vieäc aùp duïng robot trong caùc lónh vöïc coâng nghieäp noùi treân. ii
Vôùi nhu caàu raát lôùn trong caùc lónh vöïc aùp duïng chính nhö treân, söï caïnh tranh giöõa caùc nhaø saûn xuaát robot treân theá giôùi ñaõ giuùp cho saûn phaåm naøy ngaøy moät hoaøn thieän vaø giaù thaønh ngaøy caøng haï hôn. Robot ñöôïc coi nhö moät saûn phaåm ñieån hình cuûa Cô ñieän töû, laø keát quaû tích hôïp cuûa caùc lónh vöïc kyõ thuaät nhö Cô hoïc vaø Cô khí chính xaùc, Ñieän – Ñieän töû, Caûm bieán, Ñieàu khieån vaø Maùy tính. Treân hình 1.1 theå hieän söï tích hôïp caùc lónh vöïc treân töøng boä phaän cuûa robot. Saûn - Caùc phöông phaùp Heä thoáng Tích hôïp heä thoáng robot xöû lyù ñaëc bieät: caét Robot baèng laser, tia - Ño, thöû nghieäm, kieåm tra coâng - Huaán luyeän, ñaøo taïo nöôùc,… - Gia coâng cô nghieäp - Nghieân cöùu vaø thieát keá caùc boä phaän - Laép raùp taùc ñoäng cuoái: haøn, gaép keïp, … - Caáp phoâi Caùc heä thoáng con Phaùt trieån caùc heä thoáng Cô Ñieän töû Thieát bò ngoaïi vi Boä taùc ñoäng cuoái: Cô caáu tay maùy boä phaän gaép keïp, coâng cuï gia coâng Caùc phaàn töû, boä phaän chi tieát Caùc boä phaän giao tieáp Caùc khôùp, Ngöôøi – Maùy truïc quay cuûa robot Caûm bieán Boä ñieàu khieån Maïch laùi vaø ñieàu PC based khieån coâng suaát Coâng ngheä Nghieân cöùu cô baûn Xöû lyù thoâng tin Vi ñieän töû vaø ñieän töû coâng suaát Thu nhaän, xöû lyù vaø truyeàn Löïa choïn vaø söû duïng hôïp tín hieäu töø caùc caûm bieán lyù vaät lieäu cho töøng boä phaän Hình 1.1: Quan heä giöõa kyõ thuaät robot vaø Cô ñieän töû iii
• Muïc tieâu nghieân cöùu cuûa ñeà taøi Muïc tieâu cuûa ñeà taøi naøy laø nghieân cöùu veà caáu taïo vaø caùc phöông phaùp ñieàu khieån thích hôïp treân cô sôû öùng duïng caùc kyõ thuaät tieân tieán vaø xaây döïng caùc giaûi phaùp phaàn cöùng cuõng nhö phaàn meàm ñeå aùp duïng trong vieäc thieát keá vaø cheá taïo caùc robot laøm vieäc trong caùc moâi tröôøng ñoäc haïi vaø khoâng an toaøn cho ngöôøi coâng nhaân nhaèm laøm chuû kyõ thuaät cheá taïo robot, aùp duïng vaøo saûn xuaát ôû moät soá ñôn vò coù nhu caàu vaø coù tính tieâu bieåu trong nöôùc ñeå thay theá ngöôøi coâng nhaân laøm vieäc trong moâi tröôøng khoâng thaân thieän nhaèm ñaït ñöôïc naêng suaát cao hôn, an toaøn vaø tin caäy hôn trong quaù trình hoaït ñoäng cuûa caû heä thoáng thieát bò hieän höõu vôùi chaát löôïng saûn phaåm oån ñònh vaø sau ñoù tìm kieám khaû naêng môû roäng öùng duïng vaøo thöïc tieãn saûn xuaát cuõng nhö trong sinh hoaït trong nöôùc vôùi giaù thaønh thaáp. Muïc tieâu cuûa ñeà taøi naøy ñöôïc theå hieän treân caùc saûn phaåm cuï theå ñaõ ñaêng kyù. Trong Baùo caùo toång keát, muïc tieâu nghieân cöùu ñöôïc theå hieän trong caùc noäi dung chính nhö sau: - Xaây döïng cô sôû lyù luaän veà phöông phaùp thieát keá, phöông phaùp tính toaùn ñoäng hoïc, ñoäng löïc hoïc vaø caùc phaàn töû cô baûn ñeå tích hôïp heä thoáng robot, ñöôïc theå hieän ôû caùc chöông I, II vaø III. - Caùc keát quaû thöïc hieän cuûa ñeà taøi veà caùc haïng muïc phaàn meàm vaø caùc saûn phaåm robot ñöôïc theå hieän treân caùc chöông IV vaø V. Ñeà taøi KC.03.02 – “Nghieân cöùu thieát keá vaø cheá taïo robot phuïc vuï saûn xuaát trong caùc ñieàu kieän moâi tröôøng ñoäc haïi vaø khoâng an toaøn”, nhö teân goïi cuûa noù, nhaèm nghieân cöùu, thieát keá vaø cheá taïo caùc robot coâng nghieäp coù tính chuyeân bieät, tieâu bieåu ñeå phuïc vuï saûn xuaát trong caùc ñieàu kieän moâi tröôøng ñoäc haïi hoaëc/vaø khoâng an toaøn, bao goàm 5 haïng muïc saûn phaåm: - Robot vaïn naêng caáp phoâi cho maùy toâi cao taàn - Robot haøn iv
- Robot Crane - Tay maùy phuïc vuï trong daây chuyeàn saûn xuaát ñaïn, thuoác noå - Tay maùy laáy saûn phaåm phoâi PET treân maùy eùp nhöïa vaø 3 haïng muïc phaàn meàm laø: - Phaàn meàm tra cöùu veà robot - Phaàn meàm laäp trình vaø ñieàu khieån robot - Phaàn meàm moâ phoûng hoaït ñoäng cuûa robot Beân caïnh quaù trình noùi treân, khi trieån khai thöïc hieän nhöõng nhieäm vuï ñöôïc theå hieän ôû caùc haïng muïc noäi dung cuûa ñeà taøi naøy, vieäc nghieân cöùu xaây döïng phöông phaùp luaän trong thieát keá robot vaø ñöa caùc saûn phaåm nghieân cöùu ñeán nhöõng nôi öùng duïng ñeå thu nhaän nhöõng keát quaû ñaùnh giaù töø thöïc teá saûn xuaát nhaèm hoaøn thieän saûn phaåm nghieân cöùu ñöôïc ñaëc bieät quan taâm. Nhoùm nghieân cöùu hy voïng qua vieäc thöïc hieän ñeà taøi nghieân cöùu naøy coù theå ñoùng goùp phaàn naøo veà phöông phaùp luaän, veà caùc keát quaû öùng duïng trong thöïc teá saûn xuaát, cuõng nhö trong vieäc nghieân cöùu, giaûng daïy vaø öùng duïng robot trong nöôùc, nhaèm goùp phaàn xaây döïng naêng löïc noäi sinh trong lónh vöïc nghieân cöùu, thieát keá vaø cheá taïo robot ñeå coù theå ñaùp öùng böôùc ñaàu veà nhu caàu töï ñoäng hoùa coâng nghieäp ôû nöôùc ta. Baùo caùo toång keát naøy taäp trung trình baøy caùc vaán ñeà coù lieân quan ñeán phöông phaùp luaän – goàm nhöõng noäi dung lieân quan ñeán nhöõng vaán ñeà veà quan ñieåm nghieân cöùu thieát keá, caùc vaán ñeà lieân quan ñeán cô sôû phöông phaùp tính toaùn thieát keá, giôùi thieäu caùc phaàn töû trong heä thoáng robot vaø vaán ñeà khai thaùc söû duïng robot trong coâng nghieäp theå hieän ôû moái lieân keä keát noái ñieàu khieån phoái hôïp giöõa robot vôùi caùc thieát bò ngoaïi vi khaùc trong heä thoáng. Vì vaäy, trong baùo caùo naøy khoâng trình baøy nhöõng vaán ñeà hieån nhieân coù lieân quan ñeán quaù trình thöïc hieän nhöng laø nhöõng coâng vieäc cuûa kyõ sö nhö tính toaùn thieát keá chi tieát maùy, tính beàn,… Theo quan ñieåm ñoù, noäi dung trình baøy trong baùo caùo toång keát ñöôïc cuï theå hoùa ôû caùc chöông sau: v
- Chöông 1: Toång quan veà phöông phaùp thieát keá robot coâng nghieäp. - Chöông 2: Caùc baøi toaùn ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc robot. Xaây döïng chöông trình tính toaùn vaø moâ phoûng treân MATLAB caùc ñaëc ñieåm ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc cuûa cô caáu robot döï kieán thieát keá. - Chöông 3: Giôùi thieäu caùc phaàn töû tieâu bieåu ñöôïc nghieân cöùu, tthieát keá, tích hôïp vaø öùng duïng treân heä thoáng robot: boä ñieàu khieån PC based, panel hoã trôï laäp trình vaø ñieàu khieån. - Chöông 4: Giôùi thieäu caùc haïng muïc phaàn meàm ñaõ thöïc hieän. - Chöông 5: Giôùi thieäu vaø minh hoïa caùc haïng muïc robot trong ñeà taøi: Nguyeân lyù caáu taïo vaø hoaït ñoäng, ñaëc ñieåm kyõ thuaät cuûa töøng haïng muïc, thieát bò, hình aûnh caùc saûn phaåm tieâu bieåu cuûa ñeà taøi. Giôùi thieäu vaø minh hoïa caùc haïng muïc phaàn meàm. - Chöông 6: Keát quaû ñaït ñöôïc vaø kieán nghò - Taøi lieäu tham khaûo - Phaàn phuï luïc i. Chöông trình MATLAB: Tính toaùn vaø ñieàu khieån theo moâ men. ii. Baûn veõ laép cuûa caùc haïng muïc saûn phaåm robot cuûa ñeà taøi. iii. YÙ kieán nhaän xeùt cuûa nôi öùng duïng. iv. Keát quaû kieåm tra, ñaùnh giaù cuûa Cô quan chöùc naêng veà moät soá ñaëc ñieåm vaø chæ tieâu kyõ thuaät cô baûn cuûa saûn phaåm nghieân cöùu. v. Taøi lieäu giôùi thieäu caùc haïng muïc ñaõ thöïc hieän cuûa ñeà taøi. vi. Ñóa CD ROM minh hoïa caùc haïng muïc phaàn meàm. vii. Taäp baûn veõ thieát keá vaø ñóa CD ROM trình baøy caùc baûn veõ thieát keá chi tieát vaø cuïm chi tieát cuûa caùc robot. vi
MUÏC LUÏC Danh saùch nhöõng ngöôøi tham gia thöïc hieän ñeà taøi i Giôùi thieäu toùm taét ñeà taøi ii Muïc luïc vii Baûng chuù giaûi caùc chöõ vieát taét xiv Chöông I: TOÅNG QUAN VEÀ THIEÁT KEÁ ROBOT COÂNG NGHIEÄP 1 1.1 Caùc giai ñoaïn thieát keá vaø tích hôïp heä thoáng 1 1.2 Nhieäm vuï thieát keá 3 1.2.1 Phaân tích chöùc naêng 4 1.2.2 Thieát keá heä thoáng robot 7 1.3 Thieát keá ñoäng hoïc robot 10 1.3.1 Caáu hình ñoäng hoïc 11 1.3.2 Robot hoaït ñoäng trong khoâng gian Descartes 14 1.3.3 Robot toïa ñoä truï 15 1.3.4 Robot SCARA 15 1.3.5 Robot vôùi lieân keát toaøn khôùp baûn leà 16 1.3.6 Robot laép gheùp töø caùc moâ ñun chuyeån ñoäng 16 1.3.7 Robot song song 17 1.4 Ñieàu khieån chuyeån ñoäng 19 1.4.1 Toång quaùt 19 1.4.2 Tính toaùn chuoãi truyeàn ñoäng 19 1.4.3 Maïch ñieàu khieån servo vò trí 22 1.5 Nguoàn daãn ñoäng 25 1.5.1 Ñoäng cô ñieän 25 1.5.1.5 Ñoäng cô ñoàng boä 26 vii
1.5.1.2 Ñoäng cô khoâng ñoàng boä 26 1.5.1.3 Ñoäng cô chuyeån ñoäng thaúng 27 1.5.2 Nguoàn daãn ñoäng ñieän – daàu eùp 28 1.5.3 Cô caáu truyeàn ñoäng 28 1.5.3.1 Truyeàn chuyeån ñoäng thaúng 30 1.5.3.2 Truyeàn chuyeån ñoäng quay 31 1.6 Khôùp noái 34 1.7 Heä thoáng ño 35 1.7.1 Boä maõ hoùa quang ñieän tuyeät ñoái 35 1.7.2 Boä maõ hoùa quang ñieän loaïi gia taêng 37 1.7.3 Boä ño chuyeån vò goùc daïng caûm öùng ñieän töø 38 1.8 Hieäu chænh chuaån robot 39 1.8.1 Caùc böôùc hieäu chænh chuaån 41 1.8.2 Kyõ thuaät vaø thieát bò ño 43 1.8.3 Nhaän daïng caùc thoâng soá 46 1.8.4 Thöïc hieän 47 1.8.5 Thöû nghieäm 48 Chöông 2: CAÙC BAØI TOAÙN VAØ PHAÀN MEÀM TÍNH TOAÙN & MOÂ PHOÛNG CAÙC ÑAËC ÑIEÅM ÑOÄNG HOÏC VAØ ÑOÄNG LÖÏC HOÏC CUÛA CÔ CAÁU ROBOT DÖÏ KIEÁN THIEÁT KEÁ 51 2.1 Muïc tieâu nghieân cöùu 51 2.2 Baøi toaùn ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc Tay maùy 52 2.2.1 Cô sôû lyù thuyeát 52 2.2.2 Baøi toaùn ñoäng hoïc thuaän 53 2.2.3 Baøi roaùn ñoäng hoïc ngöôïc (BTÑHN) 55 Phöông phaùp taùch nhoùm 3 khaâu 56 viii
Giaûi BTÑHN baèng phöông phaùp taùch nhoùm 3 khaâu 59 2.3 Baøi toaùn ñoäng löïc hoïc 65 2.3.1 Muïc ñích cuûa vieäc khaûo saùt baøi toaùn ñoäng löïc hoïc 65 2.3.2 Khaûo saùt baøi toaùn ñoäng löïc hoïc cuûa Tay maùy nhieàu baäc töï do 65 2.4 Tính toaùn ñieàu khieån theo moâ men 73 2.4.1 Bieán ñoåi quyõ ñaïo töø heä toïa ñoä Descartes sang khoâng gian khôùp 73 2.4.1.1 Noäi suy ñöôøng ña thöùc 74 2.4.1.2 Noäi suy theo kieåu haøm tuyeán tính keát hôïp vôùi parabolic. 76 2.4.1.3 Noäi suy quyõ ñaïo theo thôøi gian nhoû nhaát 79 2.4.2 Tính toaùn vaø ñieàu khieån theo moâ men 81 2.4.2.1 Ñaïo haøm cuûa voøng hoài tieáp trong 82 2.4.2.2 Thieát keá PD voøng ngoaøi 85 2.4.2.3 Thieát keá PID voøng ngoaøi 92 2.4.3 Caùc loaïi ñieàu khieån töông töï tính toaùn vaø ñieàu khieån moâ men 96 2.4.3.1 Sai soá ñoäng löïc hoïc vôùi luaät ñieàu khieån gaàn ñuùng 97 2.4.3.2 Ñieàu khieån PD coù buø trong löïc 98 2.4.3.3 Ñieàu khieån khôùp theo caùch coå ñieån 102 2.4.3.4 Ñieàu khieån PD 104 2.4.3.5 Ñieàu khieån PID 105 2.4.4 AÙp duïng Matlab ñeå khaûo saùt caùc baøi toaùn cuï theå 108 2.5 Keát quaû aùp duïng treân moät soá tay maùy trong haïng muïc cuûa ñeà taøi 109 2.5.1 Treân robot vaïn naêng caáp phoâi cho maùy toâi cao taàn 111 ix
2.5.2 Treân Robot camera crane 115 2.5.3 Treân robot SCARA 119 2.5.4 Treân tay maùy laáy saûn phaåm phoâi nhöïa PET 123 Chöông 3: MOÄT SOÁ PHAÀN TÖÛ TIEÂU BIEÅU ÑÖÔÏC ÖÙNG DUÏNG TREÂN HEÄ THOÁNG ROBOT THIEÁT KEÁ 127 3.1 Boä ñieàu khieån PC-based 127 3.1.1 Caáu truùc chung 127 3.1.2 Caùc loaïi boä ñieàu khieån 132 3.1.3 Boä noäi suy 137 3.1.4 Giôùi thieäu chung veà card noäi suy PCL-832 143 3.1.5 Boä ñieàu khieån öùng duïng trong ñeà taøi 152 3.2 Panel laäp trình vaø ñieàu khieån (teach pendant) 156 3.2.1 Chöùc naêng cuûa teach pendant 156 3.2.2 Moät soá loaïi Teach Pendant cuûa Robot Coâng nghieäp 159 3.2.3 Nguyeân lyù caáu taïo cuûa panel laäp trình vaø ñieàu khieån – 163 Teach Pendant 3.3 Keát noái heä thoáng – teá baøo saûn xuaát töï ñoäng vôùi robot 165 3.3.1 Teá baøo saûn xuaát töï ñoäng 165 3.3.2 Vaán ñeà truyeàn thoâng treân heä thoáng saûn xuaát töï ñoäng 171 Chöông 4: CAÙC HAÏNG MUÏC PHAÀN MEÀM 179 4.1 Giôùi thieäu chung 179 4.2 Phaàn meàm 1: Phaàn meàm hoã trôï tra cöùu robot 179 4.2.1 Giôùi thieäu 179 4.2.2 Caùc tính naêng cuûa phaàn meàm tra cöùu robot 180 x
4.2.3 Caùch caäp nhaät döõ lieäu cho phaàn meàm 194 4.2.4 Höôùng phaùt trieån trong töông lai cuûa phaàn meàm 198 4.3 Phaàn meàm laäp trình - ñieàu khieån robot vaø phaàn meàm moâ phoûng hoaït ñoäng cuûa robot 201 4.3.1 Giôùi thieäu 201 4.3.2 Moâñun ñieàu khieån 202 4.3.3 Moâñun moâ phoûng - giaùm saùt 204 4.3.4 Laäp trình vaø vaän haønh robot 206 4.3.5 Moâ phoûng vaø giaùm saùt hoaït ñoäng cuûa robot 215 4.3.6 Keát luaän 218 CHÖÔNG 5: GIÔÙI THIEÄU CAÙC HAÏNG MUÏC ROBOT ÑAÕ THÖÏC HIEÄN TRONG ÑEÀ TAØI 219 5.1 Robot haøn vaø robot phuïc vuï cho caùc quaù trình hoùa nhieät luyeän 219 5.1.1 Giôùi thieäu 219 5.1.2 Nhöõng ñaëc tính cô baûn 220 5.1.3 Keát caáu 222 5.1.4 Truyeàn ñoäng 224 5.1.5 Heä thoáng ñieàu khieån 226 5.1.6 Caùc thieát bò coâng ngheä 228 5.1.7 ÖÙng duïng thöû nghieäm trong saûn xuaát 229 5.2 Robot phuïc vuï trong quoác phoøng 230 5.2.1 Chöùc naêng cuûa robot 230 5.2.2 Keát caáu cô khí 233 5.2.3 Heä thoáng ñieàu khieån 233 5.2.4 Laép ñaët robot trong saûn xuaát 233 xi
5.3 Robot camera crane – phuïc vuï cho coâng vieäc quay phim 234 5.3.1 Sô löôïc quaù trình phaùt trieån 234 5.3.2 Nguyeân lyù caáu taïo vaø hoaït ñoäng 241 5.3.3 Baøi toaùn ngöôïc vò trí cho caùc chuyeån ñoäng buø cuûa RCC 242 ñeå baùm muïc tieâu ñònh tröôùc 5.3.4 Chuyeån ñoäng baùm muïc tieâu di ñoäng 246 5.3.5 Caùc cheá ñoä hoaït ñoäng 247 5.4 Tay maùy laáy laáy saûn phaåm nhöïa 250 5.4.1 Sô löôïc veà coâng ngheä saûn xuaát saûn phaåm PET 250 treân maùy eùp phun 5.4.2 Moät soá giaûi phaùp taêng naêng suaát ñöôïc aùp duïng treân maùy eùp 253 phun ñeå taïo phoâi PET 5.4.3 Tay maùy laáy phoâi kieåu naèm ngang – giaûi phaùp naâng cao 254 naêng suaát treân maùy eùp 5.4.4 Tay maùy laáy saûn phaåm theo phöông ñöùng, aùp duïng treân 259 maùy eùp nhöïa kieåu eùp phun Chöông 6: KEÁT QUAÛ ÑAÏT ÑÖÔÏC VAØ KIEÁN NGHÒ 263 6.1 Veà keát quaû nghieân cöùu öùng duïng cuûa ñeà taøi 263 i. Veà phöông phaùp thieát keá robot 263 ii. Veà phöông phaùp giaûi baøi toaùn ñoäng löïc hoïc tay maùy treân cô sôû 264 taùch nhoùm 3 khaâu – Xaây döïng chöông trình phaàn meàm tính toaùn vaø moâ phoûng keát quaû iii. Veà thieát keá, tích hôïp moät soá phaàn töû quan troïng cuûa heä thoáng 265 ñieàu khieån robot: boä ñieàu khieån PC based vaø Teach pendant iv. Xaây döïng phaàn meàm laäp trình – ñieàu khieån vaø moâ phoûng 266 hoaït ñoäng cuûa robot. xii
6.2 Veà goùc ñoä phuïc vuï ñaøo taïo cuûa ñeà taøi 266 6.3 Caùc saûn phaåm cuï theå cuûa ñeà taøi vaø keát quaû öùng duïng thöû nghieäm 267 taïi cô sôû saûn xuaát. 6.4 Vaøi suy nghó töï ñaùnh giaù vaø kieán nghò. 268 Lôøi caûm ôn 271 Taøi lieäu tham khaûo 272 Phaàn phuï luïc 274 - Chöông trình MATLAB: Tính toaùn vaø ñieàu khieån theo moâ men - Baûn veõ laép cuûa caùc haïng muïc saûn phaåm cuûa ñeà taøi - YÙ kieán nhaän xeùt cuûa nôi öùng duïng - Keát quaû kieåm tra, ñaùnh giaù cuûa Cô quan chöùc naêng veà moät soá ñaëc ñieåm vaø chæ tieâu kyõ thuaät cô baûn cuûa saûn phaåm nghieân cöùu. - Bieân baûn nghieäm thu keát quaû thöïc hieän cuûa nhaùnh ñeà taøi - Keøm theo phaàn Phuï luïc cuûa baùo caùo toång keát naøy coøn coù caùc taøi lieäu sau: 1. Ñóa CD ROM minh hoïa caùc haïng muïc phaàn meàm 2. Taøi lieäu giôùi thieäu caùc haïng muïc ñaõ thöïc hieän cuûa ñeà taøi 3. Caùc taäp baûn veõ thieát keá vaø dóa CD ROM caùc baûn veõ chi tieát cuûa töøng haïng muïc saûn phaåm xiii