BGD&ÑT
ÑHBK-ÑHQG HCM
BGD&ÑT
ÑHBK-ÑHQG HCM
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
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
1.5.1 Ñoäng cô ñieän
34
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)
2.3 Baøi toaùn ñoäng löïc hoïc
2.3.1 Muïc ñích cuûa vieäc khaûo saùt baøi toaùn ñoäng löïc hoïc
68
70
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
5.4.1 Sô löôïc veà coâng ngheä saûn xuaát saûn phaåm PET
224
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
maùy eùp nhöïa kieåu eùp phun
232
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
1
Hoï vaø teân
Leâ Hoaøi Quoác
Chöùc danh
Cô quan – ñôn vò
PGS. TS
Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM
Chuû nhieäm ñeà taøi
2
Leâ Vaên Ngöï
TS, chuû nhieäm
ÑT nhaùnh
Phoøng Robot – Vieän NC Ñieän töû, Tin
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
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
20 Nguyeãn Ñöùc Toaøn
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
Heä thoáng
Robot
coâng
nghieäp
- Caùc phöông phaùp
xöû lyù ñaëc bieät: caét
baèng laser, tia
nöôùc,…
- Gia coâng cô
- Laép raùp
- Caáp phoâi
Tích hôïp heä thoáng robot
- Ño, thöû nghieäm, kieåm tra
- Huaán luyeän, ñaøo taïo
- Nghieân cöùu vaø thieát keá caùc boä phaän
taùc ñoäng cuoái: haøn, gaép keïp, …
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
Caûm bieán
Caùc khôùp,
truïc quay
cuûa robot
Boä ñieàu khieån
PC based
Maïch laùi vaø ñieàu
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
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 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
viii
56
Giaûi BTÑHN baèng phöông phaùp taùch nhoùm 3 khaâu
2.3 Baøi toaùn ñoäng löïc hoïc
59
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
2.4.1 Bieán ñoåi quyõ ñaïo töø heä toïa ñoä Descartes sang khoâng gian khôùp
73
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
5.1 Robot haøn vaø robot phuïc vuï cho caùc quaù trình hoùa nhieät luyeän
219
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
maùy eùp nhöïa kieåu eùp phun
259
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
hoaït ñoäng cuûa robot.
xii
266
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
- Xem thêm -