Báo cáo 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
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
1.1 Caùc giai ñoaïn thieát keá vaø tích hôïp heä thoáng
1.2 Nhieäm vuï thieát keá
11
11
13
14
17
20
21
24
25
1.2.1 Phaân tích chöùc naêng
1.2.2 Thieát keá heä thoáng robot
1.3 Thieát keá ñoäng hoïc robot
1.3.1 Caáu hình ñoäng hoïc
1.3.2 Robot hoaït ñoäng trong khoâng gian Descartes
1.3.3 Robot toïa ñoä truï
1.3.4 Robot SCARA
25
1.3.5 Robot vôùi lieân keát toaøn khôùp baûn leà
1.3.6 Robot laép gheùp töø caùc moâ ñun chuyeån ñoäng
1.3.7 Robot song song
26
26
27
29
29
29
34
34
35
36
36
37
38
39
1.4 Ñieàu khieån chuyeån ñoäng
1.4.1 Toång quaùt
1.4.2 Tính toaùn chuoãi truyeàn ñoäng
1.5 Nguoàn daãn ñoäng
1.5.1 Ñoäng cô ñieän
1.5.1.5 Ñoäng cô ñoàng boä
1.5.1.2 Ñoäng cô khoâng ñoàng boä
1.5.1.3 Ñoäng cô chuyeån ñoäng thaúng
1.5.2 Nguoàn daãn ñoäng ñieän – daàu eùp
1.5.3 Cô caáu truyeàn ñoäng
1.5.3.1 Truyeàn chuyeån ñoäng thaúng
1.5.3.2 Truyeàn chuyeån ñoäng quay
40
1.6 Khôùp noái
43
44
44
45
47
48
50
52
55
56
57
1.7 Heä thoáng ño
1.7.1 Boä maõ hoùa quang ñieän tuyeät ñoái
1.7.2 Boä maõ hoùa quang ñieän loaïi quay
1.7.3 Boä ño chuyeån vò goùc daïng caûm öùng ñieän töø
1.8 Hieäu chænh chuaån robot
1.8.1 Caùc böôùc hieäu chænh chuaån
1.8.2 Kyõ thuaät vaø thieát bò ño
1.8.3 Nhaän daïng caùc thoâng soá
1.8.4 Thöïc hieän
1.8.5 Thöû nghieäm
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
2.1 Muïc tieâu nghieân cöùu
60
60
61
61
62
64
66
2.2 Baøi toaùn ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc robot
2.2.1 Cô sôû lyù thuyeát
2.2.2 Baøi toaùn ñoäng hoïc thuaän
2.2.3 Baøi roaùn ñoäng hoïc ngöôïc
i/ Khaûo saùt nhoùm chuyeån ñoäng chính vôùi 3 khaâu
ñònh vò trí (nhoùm ñònh vò)
ii/ Khaûo saùt nhoùm 3 khaâu ñònh höôùng (nhoùm ñònh höôùng)
68
70
2.3 Baøi toaùn ñoäng löïc hoïc
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
2.4.2 Treân Robot camera crane
2.4.3 Treân robot SCARA
81
85
89
2.4.2 Treân tay maùy laáy saûn phaåm phoâi nhöïa PET
93
97
Chöông 3: MOÄT SOÁ PHAÀN TÖÛ TIEÂU BIEÅU ÑÖÔÏC ÖÙNG DUÏNG
TREÂN HEÄ THOÁNG ROBOT THIEÁT KEÁ
3.1Boä ñieàu khieån PC-based
97
3.1.1 Caáu truùc chung
97
3.1.2 Caùc loaïi boä ñieàu khieån
103
107
114
3.1.3 Boä noäi suy
3.1.4 Giôùi thieäu chung veà card noäi suy PCL-832
3.1.5 Boä ñieàu khieån öùng duïng trong ñeà taøi
3.2 Panel laäp trình vaø ñieàu khieån (teach pendant)
3.2.1 Chöùc naêng cuûa teach pendant
124
128
128
131
135
3.2.2 Moät soá loaïi Teach Pendant cuûa Robot Coâng nghieäp
3.2.3 Nguyeân lyù caáu taïo cuûa panel laäp trình vaø ñieàu khieån –
Teach Pendant
3.3 Keát noái heä thoáng – teá baøo saûn xuaát töï ñoäng vôùi robot
137
137
143
3.3.1 Teá baøo saûn xuaát töï ñoäng
3.3.2 Vaán ñeà truyeàn thoâng treân heä thoáng saûn xuaát töï ñoäng
Chöông 4: CAÙC HAÏNG MUÏC PHAÀN MEÀM
152
152
4.1 Giôùi thieäu chung
4.2 Phaàn meàm 1: Phaàn meàm hoã trôï tra cöùu robot
4.2.1 Giôùi thieäu
152
152
153
167
171
4.2.2 Caùc tính naêng cuûa phaàn meàm tra cöùu robot
4.2.3 Caùch caäp nhaät döõ lieäu cho phaàn meàm
4.2.4 Höôùng phaùt trieån trong töông lai cuûa phaàn meàm
4.3 Phaàn meàm laäp trình - ñieàu khieån robot vaø phaàn meàm moâ phoûng
hoaït ñoäng cuûa robot
174
174
175
177
179
189
192
4.3.1 Giôùi thieäu
4.3.2 Moâñun ñieàu khieån
4.3.3 Moâñun moâ phoûng - giaùm saùt
4.3.4 Laäp trình vaø vaän haønh robot
4.3.5 Moâ phoûng vaø giaùm saùt hoaït ñoäng cuûa robot
4.3.6 Keát luaän
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
5.1.1 Giôùi thieäu
193
193
194
196
198
200
202
203
204
5.1.2 Nhöõng ñaëc tính cô baûn
5.1.3 Keát caáu
5.1.4 Truyeàn ñoäng
5.1.5 Heä thoáng ñieàu khieån
5.1.6 Caùc thieát bò coâng ngheä
5.1.7 ÖÙng duïng thöû nghieäm trong saûn xuaát
5.2 Robot phuïc vuï trong quoác phoøng
5.2.1 Chöùc naêng cuûa robot
204
5.2.2 Keát caáu cô khí
207
207
5.2.3 Heä thoáng ñieàu khieån
5.2.4 Laép ñaët robot trong saûn xuaát
5.3 Robot camera crane – phuïc vuï cho coâng vieäc quay phim
208
207
5.3.1 Sô löôïc quaù trình phaùt trieån
208
215
217
5.3.2 Nguyeân lyù caáu taïo vaø hoaït ñoäng
5.3.3 Baøi toaùn ngöôïc vò trí cho caùc chuyeån ñoäng buø cuûa RCC
ñeå baùm muïc tieâu ñònh tröôùc
5.3.4 Chuyeån ñoäng baùm muïc tieâu di ñoäng
5.3.5 Caùc cheá ñoä hoaït ñoäng
220
221
224
224
5.4 Tay maùy laáy laáy saûn phaåm nhöïa
5.4.1 Sô löôïc veà coâng ngheä saûn xuaát saûn phaåm PET
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
naêng suaát treân maùy eùp
228
5.4.4 Tay maùy laáy saûn phaåm theo phöông ñöùng, aùp duïng treân
maùy eùp nhöïa kieåu eùp phun
232
Chöông 6: KEÁT QUAÛ ÑAÏT ÑÖÔÏC VAØ KIEÁN NGHÒ
6.1 Veà keát quaû nghieân cöùu öùng duïng cuûa ñeà taøi
i. Veà phöông phaùp thieát keá robot
236
236
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
ñieàu khieån robot: boä ñieàu khieån PC based vaø Teach pendant
iv. Xaây döïng phaàn meàm laäp trình – ñieàu khieån vaø moâ phoûng
238
239
hoaït ñoäng cuûa robot.
6.2 Veà goùc ñoä phuïc vuï ñaøo taïo cuûa ñeà taøi
6.3 Caùc saûn phaåm cuï theå cuûa ñeà taøi vaø keát quaû öùng duïng thöû nghieäm
taïi cô sôû saûn xuaát.
239
240
6.4 Vaøi suy nghó töï ñaùnh giaù vaø kieán nghò.
241
Lôøi caûm ôn
244
245
246
Taøi lieäu tham khaûo
Phaàn phuï luïc
- 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
Leâ Hoaøi Quoác
Chöùc danh
PGS. TS
Cô quan – ñôn vò
1
Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM
Chuû nhieäm ñeà taiø
2
Leâ Vaên Ngöï
TS, chuû nhieäm Phoøng Robot – Vieän NC Ñieän töû, Tin
hoïc vaø Töï ñoäng hoùa – VIELINA
ÑT nhaùnh
TS
3
4
5
6
7
8
9
Hoaøng Vaên Chaâu
Hoà Xuaân Vónh
Vieän Cô khí – Haø Noäi
Vieän Teân löûa
TS
Phaïm Anh Tuaán
Leâ Vaên Duõng
TS
Vieän Cô hoïc VN
KS ÑT
Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM
Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM
Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM
Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM
Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM
Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM
Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM
Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM
Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM
Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM
Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM
Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM
Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM
Tröôøng ÑHDL KT CN TP. HCM
VIELINA
Nguyeãn Vaên Thaønh
Nguyeãn Ñaøm Taán
Leâ Tuaán Anh
KS CK CTM
Th.S CKCTM
Th.S ÑKTÑ
KS. ÑKTÑ
KS. ÑKTÑ
KS. ÑKTÑ
KS. ÑKTÑ
KS. CNTT
KS. ÑKTÑ
KS ÑKTÑ
KS CK TÑ
KS CNTT
KS CKTÑ
KS
10 Phan Traàn Hoà Truùc
11 Nguyeãn Baûo Tuyeân
12 Leâ Ñình Phong
13 Phan Khaùnh Nam
14 Nguyeãn Quoác Thaùi
15 Phan Quoác Höng
16 Laïi Anh Khoa
17 Nguyeãn Hoaøi Nhaân
18 Vuõ Hoaøng Nam
19 Buøi Thanh Luaân
20 Nguyeãn Ñöùc Toaøn
21 Nguyeãn Vaên Quang
22 Nguyeãn Cao Sôn
23 Ñaïng Anh Vieät
KS CK
VIELINA
KS ÑT
VIELINA
KS ÑKTÑ
KS ÑKTÑ
KS
VIELINA
24 Ñaëng Anh Quang
25 Phaïm Vaên Baïch Ngoïc
26 Ñoã Traàn Thaéng
VIELINA
Vieän Cô hoïc VN
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
Tích hôïp heä thoáng robot
- Caùc phöông phaùp
xöû lyù ñaëc bieät: caét
baèng laser, tia
nöôùc,…
- Gia coâng cô
- Laép raùp
Heä thoáng
Robot
coâng
nghieäp
- Ño, thöû nghieäm, kieåm tra
- Huaán luyeän, ñaøo taïo
- Nghieân cöùu vaø thieát keá caùc boä phaän
taùc ñoäng cuoái: haøn, gaép keïp, …
- Caáp phoâi
Phaùt trieån caùc heä thoáng Cô Ñieän töû
Caùc heä thoáng con
Thieát bò
ngoaïi vi
Boä taùc ñoäng cuoái:
boä phaän gaép keïp,
coâng cuï gia coâng
Cô caáu tay maùy
Caùc phaàn töû, boä phaän chi tieát
Caùc boä phaän giao tieáp
Ngöôøi – Maùy
Caùc khôùp,
truïc quay
cuûa robot
Boä ñieàu khieån
PC based
Maïch laùi vaø ñieàu
khieån coâng suaát
Caûm bieán
Coâng ngheä
Nghieân cöùu cô baûn
Xöû lyù thoâng tin
Vi ñieän töû vaø
ñieän töû coâng suaát
Thu nhaän, xöû lyù vaø truyeàn
tín hieäu töø caùc caûm bieán
Löïa choïn vaø söû duïng hôïp
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 hienä 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 ñieuà 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
Giôùi thieäu toùm taét ñeà taøi
i
ii
Muïc luïc
vii
xiv
1
Baûng chuù giaûi caùc chöõ vieát taét
Chöông I: TOÅNG QUAN VEÀ THIEÁT KEÁ ROBOT COÂNG NGHIEÄP
1.1 Caùc giai ñoaïn thieát keá vaø tích hôïp heä thoáng
1.2 Nhieäm vuï thieát keá
1
3
1.2.1 Phaân tích chöùc naêng
4
1.2.2 Thieát keá heä thoáng robot
1.3 Thieát keá ñoäng hoïc robot
1.3.1 Caáu hình ñoäng hoïc
7
10
11
14
15
1.3.2 Robot hoaït ñoäng trong khoâng gian Descartes
1.3.3 Robot toïa ñoä truï
1.3.4 Robot SCARA
15
1.3.5 Robot vôùi lieân keát toaøn khôùp baûn leà
1.3.6 Robot laép gheùp töø caùc moâ ñun chuyeån ñoäng
1.3.7 Robot song song
16
16
17
19
19
19
22
25
25
26
1.4 Ñieàu khieån chuyeån ñoäng
1.4.1 Toång quaùt
1.4.2 Tính toaùn chuoãi truyeàn ñoäng
1.4.3 Maïch ñieàu khieån servo vò trí
1.5 Nguoàn daãn ñoäng
1.5.1 Ñoäng cô ñieän
1.5.1.5 Ñoäng cô ñoàng boä
vii
1.5.1.2 Ñoäng cô khoâng ñoàng boä
1.5.1.3 Ñoäng cô chuyeån ñoäng thaúng
1.5.2 Nguoàn daãn ñoäng ñieän – daàu eùp
1.5.3 Cô caáu truyeàn ñoäng
26
27
28
28
30
1.5.3.1 Truyeàn chuyeån ñoäng thaúng
1.5.3.2 Truyeàn chuyeån ñoäng quay
31
1.6 Khôùp noái
1.7 Heä thoáng ño
1.7.1 Boä maõ hoùa quang ñieän tuyeät ñoái
34
35
35
37
38
39
41
43
46
47
48
1.7.2 Boä maõ hoùa quang ñieän loaïi gia taêng
1.7.3 Boä ño chuyeån vò goùc daïng caûm öùng ñieän töø
1.8 Hieäu chænh chuaån robot
1.8.1 Caùc böôùc hieäu chænh chuaån
1.8.2 Kyõ thuaät vaø thieát bò ño
1.8.3 Nhaän daïng caùc thoâng soá
1.8.4 Thöïc hieän
1.8.5 Thöû nghieäm
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
52
52
53
55
56
2.2 Baøi toaùn ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc Tay maùy
2.2.1 Cô sôû lyù thuyeát
2.2.2 Baøi toaùn ñoäng hoïc thuaän
2.2.3 Baøi roaùn ñoäng hoïc ngöôïc (BTÑHN)
Phöông phaùp taùch nhoùm 3 khaâu
viii
Giaûi BTÑHN baèng phöông phaùp taùch nhoùm 3 khaâu
2.3 Baøi toaùn ñoäng löïc hoïc
59
65
65
2.3.1 Muïc ñích cuûa vieäc khaûo saùt baøi toaùn ñoäng löïc hoïc
2.3.2 Khaûo saùt baøi toaùn ñoäng löïc hoïc cuûa Tay maùy nhieàu baäc töï do
2.4 Tính toaùn ñieàu khieån theo moâ men
65
73
73
2.4.1 Bieán ñoåi quyõ ñaïo töø heä toïa ñoä Descartes sang khoâng gian khôùp
2.4.1.1 Noäi suy ñöôøng ña thöùc
74
76
79
2.4.1.2 Noäi suy theo kieåu haøm tuyeán tính keát hôïp vôùi parabolic.
2.4.1.3 Noäi suy quyõ ñaïo theo thôøi gian nhoû nhaát
2.4.2 Tính toaùn vaø ñieàu khieån theo moâ men
2.4.2.1 Ñaïo haøm cuûa voøng hoài tieáp trong
2.4.2.2 Thieát keá PD voøng ngoaøi
81
82
85
92
96
2.4.2.3 Thieát keá PID voøng ngoaøi
2.4.3 Caùc loaïi ñieàu khieån töông töï tính toaùn vaø ñieàu khieån moâ men
2.4.3.1 Sai soá ñoäng löïc hoïc vôùi luaät ñieàu khieån gaàn ñuùng
2.4.3.2 Ñieàu khieån PD coù buø trong löïc
2.4.3.3 Ñieàu khieån khôùp theo caùch coå ñieån
2.4.3.4 Ñieàu khieån PD
97
98
102
104
105
2.4.3.5 Ñieàu khieån PID
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
2.5.1 Treân robot vaïn naêng caáp phoâi cho maùy toâi cao taàn
109
111
ix
2.5.2 Treân Robot camera crane
2.5.3 Treân robot SCARA
119
115
123
2.5.4 Treân tay maùy laáy saûn phaåm phoâi nhöïa PET
Chöông 3: MOÄT SOÁ PHAÀN TÖÛ TIEÂU BIEÅU ÑÖÔÏC ÖÙNG DUÏNG
TREÂN HEÄ THOÁNG ROBOT THIEÁT KEÁ
3.1Boä ñieàu khieån PC-based
127
127
127
132
137
143
152
156
156
159
163
3.1.1 Caáu truùc chung
3.1.2 Caùc loaïi boä ñieàu khieån
3.1.3 Boä noäi suy
3.1.4 Giôùi thieäu chung veà card noäi suy PCL-832
3.1.5 Boä ñieàu khieån öùng duïng trong ñeà taøi
3.2 Panel laäp trình vaø ñieàu khieån (teach pendant)
3.2.1 Chöùc naêng cuûa teach pendant
3.2.2 Moät soá loaïi Teach Pendant cuûa Robot Coâng nghieäp
3.2.3 Nguyeân lyù caáu taïo cuûa panel laäp trình vaø ñieàu khieån –
Teach Pendant
3.3 Keát noái heä thoáng – teá baøo saûn xuaát töï ñoäng vôùi robot
165
165
171
3.3.1 Teá baøo saûn xuaát töï ñoäng
3.3.2 Vaán ñeà truyeàn thoâng treân heä thoáng saûn xuaát töï ñoäng
Chöông 4: CAÙC HAÏNG MUÏC PHAÀN MEÀM
4.1 Giôùi thieäu chung
179
179
179
179
180
4.2 Phaàn meàm 1: Phaàn meàm hoã trôï tra cöùu robot
4.2.1 Giôùi thieäu
4.2.2 Caùc tính naêng cuûa phaàn meàm tra cöùu robot
x
4.2.3 Caùch caäp nhaät döõ lieäu cho phaàn meàm
4.2.4 Höôùng phaùt trieån trong töông lai cuûa phaàn meàm
4.3 Phaàn meàm laäp trình - ñieàu khieån robot vaø phaàn meàm moâ phoûng
hoaït ñoäng cuûa robot
194
198
201
201
202
204
206
215
218
4.3.1 Giôùi thieäu
4.3.2 Moâñun ñieàu khieån
4.3.3 Moâñun moâ phoûng - giaùm saùt
4.3.4 Laäp trình vaø vaän haønh robot
4.3.5 Moâ phoûng vaø giaùm saùt hoaït ñoäng cuûa robot
4.3.6 Keát luaän
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
5.1.1 Giôùi thieäu
219
219
5.1.2 Nhöõng ñaëc tính cô baûn
5.1.3 Keát caáu
220
222
224
226
228
229
230
5.1.4 Truyeàn ñoäng
5.1.5 Heä thoáng ñieàu khieån
5.1.6 Caùc thieát bò coâng ngheä
5.1.7 ÖÙng duïng thöû nghieäm trong saûn xuaát
5.2 Robot phuïc vuï trong quoác phoøng
5.2.1 Chöùc naêng cuûa robot
230
5.2.2 Keát caáu cô khí
233
233
233
5.2.3 Heä thoáng ñieàu khieån
5.2.4 Laép ñaët robot trong saûn xuaát
xi
5.3 Robot camera crane – phuïc vuï cho coâng vieäc quay phim
234
5.3.1 Sô löôïc quaù trình phaùt trieån
234
241
242
5.3.2 Nguyeân lyù caáu taïo vaø hoaït ñoäng
5.3.3 Baøi toaùn ngöôïc vò trí cho caùc chuyeån ñoäng buø cuûa RCC
ñeå baùm muïc tieâu ñònh tröôùc
5.3.4 Chuyeån ñoäng baùm muïc tieâu di ñoäng
5.3.5 Caùc cheá ñoä hoaït ñoäng
246
247
5.4 Tay maùy laáy laáy saûn phaåm nhöïa
250
250
5.4.1 Sô löôïc veà coâng ngheä saûn xuaát saûn phaåm PET
treân maùy eùp phun
5.4.2 Moät soá giaûi phaùp taêng naêng suaát ñöôïc aùp duïng treân maùy eùp
phun ñeå taïo phoâi PET
253
254
259
5.4.3 Tay maùy laáy phoâi kieåu naèm ngang – giaûi phaùp naâng cao
naêng suaát treân maùy eùp
5.4.4 Tay maùy laáy saûn phaåm theo phöông ñöùng, aùp duïng treân
maùy eùp nhöïa kieåu eùp phun
Chöông 6: KEÁT QUAÛ ÑAÏT ÑÖÔÏC VAØ KIEÁN NGHÒ
6.1 Veà keát quaû nghieân cöùu öùng duïng cuûa ñeà taøi
i. Veà phöông phaùp thieát keá robot
263
263
263
264
ii. Veà phöông phaùp giaûi baøi toaùn ñoäng löïc hoïc tay maùy treân cô sôû
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
ñieàu khieån robot: boä ñieàu khieån PC based vaø Teach pendant
iv. Xaây döïng phaàn meàm laäp trình – ñieàu khieån vaø moâ phoûng
hoaït ñoäng cuûa robot.
265
266
xii
6.2 Veà goùc ñoä phuïc vuï ñaøo taïo cuûa ñeà taøi
6.3 Caùc saûn phaåm cuï theå cuûa ñeà taøi vaø keát quaû öùng duïng thöû nghieäm
taïi cô sôû saûn xuaát.
266
267
6.4 Vaøi suy nghó töï ñaùnh giaù vaø kieán nghò.
268
Lôøi caûm ôn
271
272
274
Taøi lieäu tham khaûo
Phaàn phuï luïc
- 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
BAÛNG CHUÙ GIAÛI CAÙC CHÖÕ VIEÁT TAÉT
Chöõ vieát taét
A/D converters
AC servo motor
CAD
Nguyeân goác
Nghóa taïm dòch
Analog to digital converters – ADC Boä chuyeån ñoåi töông töï – soá
Alternative Current servo motor
Computer – Aided Design
Ñoäng cô servo xoay chieàu
Thieát keá vôùi söï trôï giuùp cuûa
maùy tính
Computer – Aided Manufacturing
Camera Crane
Saûn xuaát / gia coâng vôùi söï trôï
giuùp cuûa maùy tính
CAM
Caàn truïc quay phim
CC
Computer – Integrated
Manufacturing
Saûn xuaát treân cô sôû ñieàu
khieån tích hôïp nhôø maùy tính
CIM
Computer Numerical Control
Central Processing Unit
Ñieàu khieån theo chöông trình soá
Boä xöû lyù trung taâm
CNC
CPU
Digital to analog converters – DAC Boä chuyeån ñoåi soá – töông töï
D/A converters
DC servo motor
DH matrix
Direct Current servo motor
Ñoäng cô servo moät chieàu
Denavitz – Hartenberg matrix
Ma traän Denavitz –
Hartenberg söû dunï g trong
phöông phapù toïa ñoä thuanà nhatá
Degree of Freedom
Electronic EPROM
Baäc töï do
DOF
Boä nhôù ROM coù theå ñoïc vaø
ghi baèng tín hieäu ñieän
EEPROM
Enquiry
Kyù töï yeâu caàu truyeàn thoâng
töø maùy göûi ñeán maùy nhaän
ENQ
FMS
HMI
Flexible Manufacturing Systems
Human – Machine Interface
International Robot Federation
Caùc heä thoáng saûn xuaát linh
hoaït
Giao tieáp giöõa ngöôøi ñieàu
khieån vaø maùy
Lieân ñoaøn robot quoác teá
IRF
ISO
International Standards Organization Toå chöùc tieâu chuaån quoác teá
xiv
Numerical Control
Ñieàu khieån chöông trình soá
NC
Personal Computer - based
Controller
Boä ñieàu khieån coù caáu taïo treân
cô sôû cuûa maùy vi tính
PC – based
Controller
Programmable Logic Controller
Pulse width Modulation
Robot Camera Crane
Boä ñieàu khieån khaû laäp trình
Ñieàu cheá ñoä roäng xung
PLC
PWM
RCC
Caàn truïc quay phim coù caáu
taïo vaø tính naêng nhö robot
Supervisory Control And Data
Acquisition
Ñieàu khieån giaùm saùt vaø thu
nhaän döõ lieäu
SCADA
SCARA
Selective Compliance Articulated
Robot Arm/Actuator
Daïng robot vôùi lieân keát coù buø
tröø chuyeån ñoäng cuûa khôùp
baûn leà thöôøng duøng trong
coâng vieäc laép raùp
Silicon Controlled Rectifiers
SCR
KYÙ HIEÄU
q
Toïa ñoä suy roäng
Vaän toác suy roäng
Gia toác suy roäng
Vaän toác goùc
&
q
&&
q
ω
ν
τ
Vaän toác daøi
Löïc vaø moâmen suy roäng
xv
Baùo caùo toång keát khoa hoïc vaø kyõ thuaät - Ñeà taøi KC-03-02
CHÖÔNG 1
KHAÛO SAÙT NHU CAÀU ÖÙNG DUÏNG ROBOT PHUÏC VUÏ SAÛN XUAÁT TRONG
CAÙC ÑIEÀU KIEÄN MOÂI TRÖÔØNG ÑOÄC HAÏI VAØ KHOÂNG AN TOAØN
I. MUÏC ÑÍCH CUÛA KHAÛO SAÙT
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot để thay thế người làm
việc trong môi trường độc hại, không an toàn. Theo hướng này chúng tôi đã khảo sát nhu
cầu sử dụng robot ở một số cơ sở thuộc các lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng, luyện kim,
chế tạo cơ khí, công nghiệp chế tạo tàu thuỷ, công nghiệp quốc phòng và một vài lĩnh vực
khác như thăm dò và khai thác biển, robot dùng trong an ninh. Quaù trình khaûo saùt ñöôïc
thöïc hieän treân cô sôû tìm hieåu thöïc teá saûn xuaát vaø thoâng qua trao ñoåi tröïc tieáp vôùi cô sôû
saûn xuaát. Maëc duø khoâng tieán haønh nhöõng khaûo saùt thaêm doø quy moâ mang tính chuyeân
nghieäp theå hieän qua caùc baûng caâu hoûi vaø traû lôøi (kieåu Questionaire), tuy nhieân, nhöõng
thoâng tin thu nhaän ñöôïc thoâng qua tham quan thöïc teá saûn xuaát vaø nhöõng ghi nhaän ñöôïc töø
moâi tröôøng saûn xuaát thöïc teá ñuû ñeå minh chöùng nhu caàu coù thöïc trong saûn xuaát, laøm choã
döïa vöõng chaéc cho vieäc ñònh höôùng caùc haïng muïc saûn phaåm seõ thöïc hieän trong ñeà taøi
nghieân cöùu.
II. CÁC LĨNH VỰC SẢN XUẤT CÓ NHU CẦU TRANG BỊ ROBOT
2.1Trong sản xuất vật liệu xây dựng
Hiện nay nước ta có khoảng 500 dây chuyền sản xuất gạch theo công nghệ này với
công suất trung bình mỗi dây chuyền khoảng 20-30 triệu viên/ năm. Ở đây có công đoạn
nghiền than thành bột (để trộn với đất theo tỉ lệ nhất định) và khâu cấp than từ nóc lò cho
lò nung liên tục kiểu tuy nen có môi trường độc hại do bụi bẩn, khí độc và nhiệt độ cao (Đã
1
Chöông 1:Khaûo saùt nhu caàu öùng duïng Robot phuïc vuï saûn xuaát trong caùc ñieàu kieän moâi tröôøng
ñoäc haïi vaø khoâng an toaøn
Baùo caùo toång keát khoa hoïc vaø kyõ thuaät - Ñeà taøi KC-03-02
nghiên cứu úng dụng robot trong dây chuyền sản xuất gạch theo công nghệ nung liên tục
bằng lò kiểu tuy nen). Chúng tôi đã chế tạo robot cho dây chuyền nghiền than tại Công ty
gốm xây dựng Hạ Long vào năm 2000. Công đoạn cấp than cho lò luyện cốc tại nhà máy
Cốc hoá thuộc Công ty gang thép Thái Nguyên là một điển hình về môi trường độc hại.
Công nhân phải thường xuyên trực tiếp làm việc trong môi trường có nhiều loại khí thải
độc hại, khói bụi và nhiệt độ cao, sức khoẻ giảm sút nhanh. Những người làm việc liên tục
ở đây 15 năm là phải nghỉ hưu và ít người sống được 10 năm sau nghỉ hưu. Chúng tôi đã
nghiên cứu thử nghiệm phương án sử dụng robot cho khâu cấp liệu (than) từ phía đỉnh lò
và đề xuất phương án sử dụng robot ở một số khâu khác thuộc công ty gang thép Thái
Nguyên.
Moät tröôøng hôïp öùng duïng robot boác xeáp khaùc phuïc vuï thay theá ngöôøi coâng nhaân
laø giai ñoaïn laáy vaø saép xeáp saûn phaåm trong daây chuyeån saûn xuaát kính ôû nhaø maùy
VIGLACERA thuoäc Boä Coâng nghieäp taïi Khu Coâng nghieäp Taân Ñoâng Hieäp (Bình
Döông) cuõng laø moat nhu caàu nhaèm töï ñoäng hoùa kheùp kín quy trình saûn xuaát loaïi vaät
lieäu coù nhu caàu cao trong lónh vöïc saûn xuaát vaät lieäu xaây döïng.
2.2 Trong công đoạn đúc kim loại ở các nhà máy Cơ khí và luyện kim có thể sử dụng
robot ở các khâu rót kim loại và tháo dỡ khuôn là những khâu nặng nhọc, và dễ gây tai
nạn do bỏng và bụi bẩn. Các khâu xử lí bề mặt sản phẩm như và các công đoạn nhiệt
luyện như tôi trên các máy tôi cao tần, tôi trong lò buồng, bể muối, xi mạ, nhuộm đen,
sơn,… là những khâu saûn xuaát độc hại do môi trường hoá chất cũng laø nhöõng nôi coù
nhu cầu cao về sử dụng robot.
Qua caùc thoâng tin ghi nhaän ñöôïc neâu treân, coù theå söû duïng caùc robot vaïn naêng
(Universal Robot) 6 baäc töï do keát hôïp vôùi chuyeån ñoäng tònh tieán cuûa ñeá robot treân
ñöôøng ray nhaèm ñaùp öùng yeâu caàu thay theá ngöôøi coâng nhan trong caùc moâi tröôøng saûn
xuaát naøy. Rieâng tröôøng hôïp caàn taåy saïch saûn phaåm trong caùc beå chöùa dung dòch a-xít
2
Chöông 1:Khaûo saùt nhu caàu öùng duïng Robot phuïc vuï saûn xuaát trong caùc ñieàu kieän moâi tröôøng
ñoäc haïi vaø khoâng an toaøn
Baùo caùo toång keát khoa hoïc vaø kyõ thuaät - Ñeà taøi KC-03-02
cuûa quy trình xi maï caùc chi tieát lôùn, coù theå söû duïng kieåu robot daïng coång truïc
(Robocrane daïng Gantry Robot hay Cartesian Robot) ñöôïc laäp trình theo yeâu caàu
coâng ngheä cuûa quaù trình taåy, xi ma,… ñeå coù theå ñaùp öùng yeâu caàu ñaët ra.
2.3 Trong công nghiệp đóng tàu đang được Nhà nước đầu tư phát triển. Các nhà máy
đóng tàu thuộc Tổng Công ty Công Nghiệp tàu thuỷ Việt Nam đều có các dự án đầu tư
mở rộng để đóng được tàu trọng tải tới 100.000 tấn vào vài năm tới. Việc làm sạch bề
mặt thép trước khi sơn bằng cách phun cát hiện nay không chỉ gây bụi bẩn cho người
trực tiếp lao động mà làm bụi bẩn cả khu vực sản xuất cùng với khu dân cư xung
quanh. Đây là khâu bức xúc của nhiều nhà máy hiện nay và có thể sử dụng robot để tự
động hoá. Hàn và cắt kim loại là công nghệ chiếm tỉ trọng lớn trong chế tạo tàu thuỷ và
có ý nghĩa quyết định đến năng suất và chất lượng sản phẩm. Nhu cầu sử dụng robot
hàn, cắt là sản phẩm của đề tài và đề xuất một số phương án ứng dụng robot trong moät
soá coâng ñoaïn haøn voû taøu cuûa tàu thuỷ. Trong giai ñoaïn tröôùc maét, ôû ñeà taøi naøy, chuùng
toâi seõ tieán haønh nghieân cöùu thieát keá robot haøn loaïi tónh taïi nhaèm ñaùp öùng cho nhu caàu
haøn, caét moät soá chi tieát cuûa voû taøu thuûy. Trong giai ñoaïn saép tôùi, sau ñeà taøi naøy, seõ
tieáp tuïc nghieân cöùu cheá taïo caùc daïng robot töï haønh treân ñöôøng ray, coù khaû naêng nhaän
daïng veát haøn ñeå haøn caùc ñoaïn thaân taøu.
2.4 Trong công nghiệp quốc phòng - bảo đảm an toàn về cháy nổ trong sản xuất tránh
những tai nạn chết người là điều được đặc biệt quan tâm trong công nghiệp quốc phòng.
Chỉ một sai sót nhỏ cũng có thể gây tai hại làm tổn thất lớn về tính mạng và tài sản. Các
robot dùng trong an ninh, quốc phòng cũng có nhiều nội dung phong phú cần được
quan tâm. Moät haïng muïc saûn phaåm cuûa ñeà taøi naøy seõ ñöôïc öùng duïng thöû nghieäm
trong coâng ñoaïn saûn xuaát quaû ñaïn coái 81 ly taïi Xöôûng söûa chöõa vuõ khí thuoäc Boä ñoäi
Bieân phoøng.
3
Chöông 1:Khaûo saùt nhu caàu öùng duïng Robot phuïc vuï saûn xuaát trong caùc ñieàu kieän moâi tröôøng
ñoäc haïi vaø khoâng an toaøn
Baùo caùo toång keát khoa hoïc vaø kyõ thuaät - Ñeà taøi KC-03-02
2.5 Trong khảo sát, thăm dò và khai thác biển dự báo sẽ được quan tâm nhiều vào
những năm tới. Nhu cầu sử dụng robot thay thế người làm việc dưới nước sâu sẽ là rất
lớn vì khả năng lặn sâu của người rất hạn chế, thông thường vào khoảng 20 m. Những
phác thảo về robot làm việc dưới nước sâu đã được chúng tôi đề cập từ vaøi năm trước.
2.6 Trong công nghiệp sản xuất nhựa nói chung và sản xuất phôi (form) cho chai
nhựa PET. Nhu cầu tăng năng suất và bảo đảm chất lượng sản phẩm ổn định trên cơ sở
sử dụng các Tay máy lấy sản phẩm, đưa quá trình làm nguội trong khuôn ra ngoài để
rút ngắn chu kỳ ép của máy ép nhựa. Do hieäu quaû mang laïi raát cao trong vieäc taêng
naêng suaát vaø haï giaù thaønh saûn phaåm, trong lónh vöïc naøy ñaõ coù moät soá nhaø saûn xuaát
trong nöôùc nhaäp caùc tay maùy laáy saûn phaåm töø nöôùc ngoaøi nhö Coâng ty Bavico (Bình
Döông), Coâng ty Ngoïc Nghóa (Khu coâng nghieäp Taân Bình – TP. HCM) nhaäp Tay
maùy cuûa haõng HUSKY (Canada) vôùi chi phí raát cao. Haïng muïc saûn phaåm naøy ñöôïc
quan taâm trong ñeà taøi nhaèm laøm chuû coâng ngheä vaø höôùng ñeán chuyeån giao cho nhieàu
nhaø saûn xuaát nhöïa trong nöôùc vôùi giaù thaønh thaáp, chuû ñoäng trong baûo trì, khai thaùc.
III. NHU CẦU CÓ TÍNH CẤP BÁCH Ở CÁC KHU VỰC
Qua caùc phaân tích döïa treân keát quaû khaûo saùt neâu treân, coù theå toùm taét nhu caàu söû
duïng robot trong caùc moâi tröôøng ñoäc haïi vaø khoâng an toaøn ôû caùc khu vöïc trong nöôùc nhö
döôùi ñaây:
3.1 Khu vöïc Phía Bắc
– Nhu caàu coù tính caáp baùch ñöôïc quan taâm trong các lĩnh vực sản xuất sau:
• Sản xuất vật liệu xây dựng và khai thác mỏ
• Đóng tàu: hàn, sơn, phun phủ
4
Chöông 1:Khaûo saùt nhu caàu öùng duïng Robot phuïc vuï saûn xuaát trong caùc ñieàu kieän moâi tröôøng
ñoäc haïi vaø khoâng an toaøn
Baùo caùo toång keát khoa hoïc vaø kyõ thuaät - Ñeà taøi KC-03-02
• Công nghiệp quốc phòng: dây chuyển sản xuất quả đạn pháo, đặt chất gởi
nỗ vào quả đạn,…
3.2 Khu vöïc Phía Nam
– Nhu caàu coù tính caáp baùch ñöôïc quan taâm trong các lĩnh vực sản xuất sau:
• Đóng tàu: các khâu hàn vỏ, phun cát, sơn
• Sản xuất nhựa
• Sản xuất sành sứ, thủy tinh
• Chế biến gỗ xuất khẩu: khâu sơn tĩnh điện
• Sản xuất sản phẩm kim khí phục vụ xuất khẩu: hàn, sơn
Beân caïnh ñoù, trong lónh vöïc quay phim ôû caùc Ñaøi truyeàn hình, nhu caàu trang bò
caùc caàn caåu quay phim (Boom) coù caùc chöùc naêng hoaït ñoäng töï ñoäng theo chöông trình
laäp tröôùc nhö moät robot vôùi caùc chöùc naêng hoã trôï cho quaù trình quay phim nhö buø
chuyeån ñoäng vaø baùm muïc tieâu laøm cô sôû ban ñaàu ñeå nghieân cöùu öùng duïng kyõ thuaät phim
tröôøng aûo cuõng laø moät nhu caàu coù tính caáp baùch cuûa Ñaøi truyeàn hình Vieät Nam vaø caùc
Ñaøi truyeàn hình ñòa phöông. Treân cô sôû nhu caàu naøy vaø nhöõng noäi dung nghieân cöùu
phong phuù, lieân quan ñeán kyõ thuaät robot, do ñoù chuùng toâi cuõng ñaët ra nhieäm vuï nghieân
cöùu cheá taïo loaïi robocrane ñaëc bieät naøy trong ñeà taøi.
5
Chöông 1:Khaûo saùt nhu caàu öùng duïng Robot phuïc vuï saûn xuaát trong caùc ñieàu kieän moâi tröôøng
ñoäc haïi vaø khoâng an toaøn
Baùo caùo toång keát khoa hoïc vaø kyõ thuaät - Ñeà taøi KC-03-02
CHÖÔNG 1
TOÅNG QUAN VEÀ PHÖÔNG PHAÙP THIEÁT KEÁ ROBOT COÂNG NGHIEÄP
1.1 CAÙC GIAI ÑOAÏN THIEÁT KEÁ VAØ TÍCH HÔÏP HEÄ THOÁNG
Quaù trình laäp keá hoaïch ñeå cheá taïo vaø phaùt trieån caùc vaán ñeà coù lieân quan
trong vieäc aùp duïng robot vaøo saûn xuaát, cuõng gioáng nhö caùc saûn phaåm kyõ thuaät
khaùc, laø moät quaù trình coù tính trình töï vôùi caùc böôùc (hay caùc giai ñoaïn) phaûi giaûi
quyeát bao goàm töø vieäc xaùc ñònh muïc tieâu öùng duïng, nhieäm vuï thieát keá, caùc phöông
phaùp vaø coâng cuï söû duïng trong caùc böôùc thieát keá, cheá taïo, tích hôïp heä thoáng cuï
theå, hình thaønh saûn phaåm, thöû nghieäm, hieäu chænh vaø ñöa vaøo söû duïng. Hình 1.2
trình baøy quaù trình thieát keá vaø tích hôïp robot coâng nghieäp.
Nhöõng yeáu toá phaùt trieån
Keát quaû trung gian
Coâng vieäc thieát keá robot
Keát quaû thieát keá
Keá hoaïch thieát keá
vaø ñònh hình saûn
phaåm
Nghieân cöùu saûn phaåm vaø
thò tröôøng
YÙ töôûng hình thaønh saûn
phaåm
Xaùc ñònh saûn phaåm vaø
laäp keá hoaïch thöïc hieän
- Hieäu quaû thôøi gian
- Tieáp thò
Phaân tích heä
thoáng
Xaùc ñònh ñaëc ñieåm chöùc
naêng
Thieát keá saûn phaåm vôùi
caùc chöùc naêng ñònh roõ
Xaây döïng yù töôûng veà heä
thoáng seõ hình thaønh
Thieát keá chi tieát vaø
ñaùnh giaù thieát keá
Thieát keá heä thoáng
- Thuaän lôïi trong vieäc thöïc Xaùc ñònh caùc ñaëc ñieåm kyõ
hieän caùc ñaëc ñieåm kyõ thuaät thuaät cô baûn cuûa robot
Thieát keá phaàn cöùng,phaàn
meàm, cheá taïo vaø tích hôïp
heä thoáng
- Yeáu toá caïnh tranh theå hieän Taïo maãu
ôû khaû naêng ñaùp öùng yeâu caàu
cuûa khaùch haøng
Hieäu chænh thieát keá /
Thieát keá laïi
Thieát keá laïi heä
thoáng
- Hieäu quaû tieát kieäm chi phí Saûn xuaát thöû saûn phaåm
Thöû nghieäm loaït lôùn,
thieát keá laïi saûn phaåm
Saûn phaåm Robot
- Yeáu toá ñoåi môùi, saùng kieán Saûn xuaát haøng loaït
Hình 1.2: Quaù trình thieát keá robot coâng nghieäp
6
Chöông 1: Toång quan veà phöông phaùp thieát keá robot coâng nghieäp
Baùo caùo toång keát khoa hoïc vaø kyõ thuaät - Ñeà taøi KC-03-02
Trong quaù trình thieát keá heä thoáng robot coù caùc giai ñoaïn quan troïng vaø raát tieâu
bieåu nhö sau:
- Giai ñoaïn laäp keá hoaïch cho saûn phaåm bao goàm taát caû caùc böôùc töø yù töôûng
thieát keá saûn phaåm cho ñeán ñaëc ñieåm kyõ thuaät cuûa moät saûn phaåm sô khai bao
haøm taát caû caùc thoâng tin cô baûn cuûa moät robot nhö khoâng gian laøm vieäc, soá baäc
töï do caàn thieát, caáu taïo caùc khôùp, taûi troïng naâng, ñoä chính xaùc ñònh vò, ñoä chính
xaùc laëp laïi vò trí, chi phí döï kieán, soá löôïng saûn phaåm, thôøi gian thöïc hieän,…
- Giai ñoaïn thieát keá vaø phaân tích heä thoáng bao goàm vieäc xaùc ñònh nhöõng ñaëc
ñieåm kyõ thuaät theo chöùc naêng laøm vieäc döï kieán thoûa maõn muïc ñích söû duïng,
phaân tích vaø löïa choïn phöông aùn thieát keá thoûa maõn caùc yeâu caàu kinh teá vaø kyõ
thuaät ñaët ra, thieát keá chi tieát phaàn cô, phaàn cöùng vaø xaây döïng phaàn meàm töông
öùng phuïc vuï cho vieäc laäp trình vaø ñieàu khieån robot cuõng nhö laäp caùc taøi lieäu kyõ
thuaät vôùi ñaày ñuû caùc thoâng tin cho ngöôøi cheá taïo, laép raùp, vaän haønh vaø baûo
döôõng robot trong quaù trình söû duïng, khai thaùc. Quaù trình thieát keá chæ keát thuùc
vôùi vieäc thaåm ñònh hoaït ñoäng cuûa robot thoâng qua thöïc nghieäm treân robot maãu
ñeå hoaøn chænh thieát keá vaø ruùt kinh nghieäm cho quaù trình trieån khai cheá taïo haøng
loaït veà sau.
- Giai ñoaïn thieát keá laïi heä thoáng bao goàm caùc coâng vieäc hieäu chænh vaø hoaøn
thieän döïa treân cô sôû phaùt hieän nhöõng choã coøn thieáu soùt trong thieát keá ban ñaàu.
Hình 1.3 chæ ra moät moâ hình kyõ thuaät toång quaùt cuûa giai ñoaïn thieát keá theo
phöông phaùp kyõ thuaät heä thoáng cuûa Daenzer vaø Huber, 1994.
Kieán thöùc vaø caùc kyõ thuaät veà
heä thoáng vaø quaûn lyù döï aùn
Moâ hình
quaù trình thieát keá
Nhieäm vuï
Phaân tích vaø phaùt trieån heä thoáng
Giaûi phaùp
Trieån khai cheá taïo
moät ro bot
Phaân tích chöùc naêng
Thieát keá heä thoáng robot
Cheá taïo robot maãu
Kieán thöùc vaø caùc kyõ thuaät veà
phaân tích heä thoáng coâng vieäc
Moâ hình caùc
nhieäm vuï
Moâ hình heä thoáng robot
Kieán thöùc vaø caùc kyõ thuaät
veà thieát keá heä
Hình 1.3: Moâ hình kyõ thuaät toång quaùt cuûa caùc giai ñoaïn thieát keá
7
Chöông 1: Toång quan veà phöông phaùp thieát keá robot coâng nghieäp
Baùo caùo toång keát khoa hoïc vaø kyõ thuaät - Ñeà taøi KC-03-02
ÔÛ moâ hình naøy, vieäc phaân tích vaø phaùt trieån heä thoáng bao goàm hai phöông
phaùp vaø ba moâ hình. Coâng vieäc naøy trôï giuùp cho ngöôøi kyõ sö caû trong quaù trình
phaân tích chöùc naêng vaø thieát keá heä thoáng robot. Trong ñoù, coâng vieäc phaân tích
chöùc naêng nhaèm chæ ra taát caû caùc chöùc naêng hoaït ñoäng, caùc yeâu caàu töï ñoäng hoùa
thoaû maõn phuø hôïp vôùi moâi tröôøng hoaït ñoäng caên cöù vaøo nhieäm vuï ñaët ra ban ñaàu
cho robot. Coâng vieäc naøy goùp phaàn quyeát ñònh ñeå hình thaønh caùc ñaëc ñieåm kyõ
thuaät cuûa thieát bò taïo ra nhö caáu taïo, kieåu daùng, phöông thöùc ñieàu khieån,…
I.2 NHIEÄM VUÏ THIEÁT KEÁ
Ngaøy nay vieäc thieát keá robot thöôøng ñöôïc ñaët ra theo höôùng thieát keá robot
chuyeân duøng cho moät coâng vieäc trong moät moâi tröôøng hoaït ñoäng cuï theå naøo ñoù.
Vieäc thieát keá robot chuyeân duøng coù taùc ñoäng tröïc tieáp ñeán moïi muïc tieâu nghieân
cöùu vaø phaùt trieån tieáp theo. Trong quaù khöù, ôû giai ñoaïn phaùt trieån ban ñaàu cuûa
coâng nghieäp cheá taïo robot, caùc loaïi robot vaïn naêng hoaëc robot coù nhieàu coâng
duïng laø muïc tieâu chính cuûa thieát keá robot. Tuy nhieân, khi soá löôïng nhöõng coâng
vieäc chuyeân bieät trong saûn xuaát coâng nghieäp ngaøy caøng gia taêng, ñaët ra yeâu caàu
phaûi saûn xuaát caùc robot coù tính chuyeân duøng ngaøy caøng cao nhaèm muïc tieâu taêng
toác ñoä vaø ñoä linh hoaït trong töøng coâng vieäc cuï theå vaø haï giaù thaønh. Hình 1.4 vaø
1.5 döôùi ñaây theå hieän caùc daïng robot söû duïng cho nhöõng muïc ñích coâng vieäc khaùc
nhau.
CAÙC DAÏNG ROBOT CHUYEÂN DUØNG
ROBOT THIEÁT KEÁ THEO
YEÂU CAÀU CUÛA KHAÙCH HAØNG
MOÂ ÑUN CHUYEÂN DUØNG
ROBOT VAÏN NAÊNG
ROBOT CHUYEÂN
Robot naïp xaêng IPA
Robot vaïn naêng Reis RV6
Robot boác dôõ ABB
Modular Robot CMB
- Thieát keá cho caùc aùp duïng chuaån
- Saûn phaåm thay ñoåi theo taûi troïng
naâng, ñoä linh hoaït, vuøng khoâng
gian hoaït ñoäng
- Söû duïng caùc linh kieän theo yeâu
caàu cuûa khaùch haøng
- Thieát keá theo yeâu caàu söû
duïng ñònh tröôùc
- Coù caùc chöùc naêng ñieàu
khieån tích hôïp cuûa workcell
- Coù theå ñònh tröôùc caáu hình
cuûa workcell
- Thieát keá cho muïc ñích söû
duïng ñaëc bieät
- Tích hôïp töø caùc moâ ñun
tieâu chuaån
- Phuø hôïp vôùi coâng vieäc boác
xeáp vaät lieäu
- Thieát keá cho nhieäm vuï
chuyeân bieät
- Khoâng söû duïng trong khu
vöïc saûn xuaát
- Caáu truùc ñoäng hoïc theo
yeâu caàu cuûa coâng vieäc
- Saûn xuaát theo yeâu caàu
cuûa khaùch haøng
- Soá löôïng saûn xuaát: haøng loaït
- Soá löôïng saûn xuaát: loaït vöøa
- Saûn xuaát ñôn chieác
Hình 1.4: Motä soá mauã robot chuyeân duøng (theo tö lieuä cuûa Reis Robotics, ABB
Flexible Automation, CMB Automation)
8
Chöông 1: Toång quan veà phöông phaùp thieát keá robot coâng nghieäp
Tải về để xem bản đầy đủ
436 trang
10/04/2024
1020
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Báo cáo Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot phục vụ sản xuất trong các điều kiện môi trường độc hại và không an toàn", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- bao_cao_nghien_cuu_thiet_ke_va_che_tao_robot_phuc_vu_san_xua.pdf
