Tài liệu Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình robot hàn tự hành chuyên dùng hàn ghép mí các đường cong phẳng trong mặt phẳng đứng

Ñaïi Hoïc Quoác Gia Tp.Hoà Chí Minh TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA -----------------------LÊ CÔNG DANH NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT HÀN TỰ HÀNH CHUYÊN DÙNG HÀN GHÉP MÍ CÁC ĐƯỜNG CONG PHẲNG TRONG MẶT PHẲNG ĐỨNG Chuyeân ngaønh: COÂNG NGHEÄ CHEÁ TAÏO MAÙY LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ TP.HOÀ CHÍ MINH, thaùng 12 naêm 2008 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. Lê Hoài Quốc. ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Cán bộ chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị, chữ ký) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Cán bộ chấm nhận xét 2 (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị, chữ ký) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2008 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp. HCM, ngày 21 tháng 01 năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên : Lê Công Danh Ngày, tháng, năm sinh: 12/10/1983 Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy Khoá (Năm trúng tuyển) : 2006. Phái : Nam. Nơi sinh: Tp.HCM I-TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT HÀN TỰ HÀNH CHUYÊN DÙNG HÀN GHÉP MÍ CÁC ĐƯỜNG CONG PHẲNG TRONG MẶT PHẲNG ĐỨNG. II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : - Nghiên cứu thiết kế cấu trúc, cấu tạo cơ khí và các công cụ phụ trợ cho robot hàn tự hành trong mặt phẳng đứng. - Nghiên cứu giải pháp nhận biết các tọa độ trên quĩ đạo hàn cho trước. - Chế tạo mô hình thử nghiệm. - Đánh giá kết quả đạt được. III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Ngày 21 tháng 01 năm 2008. IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 30 tháng 11 năm 2008. V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS.Lê Hoài Quốc. Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS. Lê Hoài Quốc CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) LỜI CẢM ƠN Học viên hoàn thành luận văn này trước hết là nhờ công sức của tất cả các Thầy Cô giáo trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh đã giảng dạy học viên trong thời gian nghiên cứu và học tập tại trường. Học viên xin chân thành cảm ơn tất cả các Thầy Cô giáo của Phòng đào tạo sau đại học và Khoa Cơ Khí trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh. Đặc biệt học viên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với PGS.TS. Lê Hoài Quốc, đã tận tình hướng dẫn cho học viên trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp. Cuối cùng xin cảm ơn sự động viên giúp đỡ của gia đình và bạn bè. Chân thành cảm ơn sự góp ý, phê bình của các đọc giả. LÔØI NOÙI ÑAÀU Cuøng vôùi söï phaùt trieån nhanh choùng cuûa neàn khoa hoïc kó thuaät, ñôøi soáng cuûa con ngöôøi ngaøy caøng ñöôïc caûi thieän hôn veà vaät chaát cuõng nhö veà tinh thaàn. Tuy nhieân khoa hoïc kó thuaät ngaøy caøng phaùt trieån thì trong moät soá ngaønh coâng nghieäp, con ngöôøi phaûi laøm vieäc trong moâi tröôøng hoaøn toaøn baát lôïi ñoái vôùi söùc khoûe nhö hoaù chaát, phoùng xaï… Moâi tröôøng haøn laø moät moâi tröôøng ñoäc haïi, ngöôøi coâng nhaân phaûi laøm vieäc trong moâi tröôøng ngoät ngaït, chaät heïp, oâ nhieãm tieáng oàn vaø khoùi haøn trong thôøi gian daøi. Vaán ñeà ñaët ra laø laøm theá naøo giuùp cho con ngöôøi haïn cheá toái ña vieäc tieáp xuùc ñeán caùc taùc nhaân gaây haïi. Vì vaäy ñaõ coù nhieàu coâng trình nghieân cöùu veà caùc vaán ñeà öùng duïng robot haøn ñeå thay theá cho ngöôøi coâng nhaân vaø ñaõ ñaït ñöôïc nhieàu thaønh töïu. Moät khi ñöôïc laäp trình hôïp lyù, robot seõ taïo ra nhöõng moái haøn coù chaát löôïng nhö nhau giaûm nguy cô maéc loãi trong thao taùc. Robot khoâng nhöõng coù naêng suaát cao maø coøn coù theå hoaït ñoäng lieân tuïc suoát ngaøy ñeâm vôùi hieäu quaû vaø chaát löôïng ñoàng ñeàu. Học viên thực hiện luận văn này nhaèm thieát keá moät daïng robot haøn ñeå haøn các đường cong hoặc thẳng trong mặt phẳng thẳng đứng được sử dụng nhiều trong công nghiệp hàn nói chung và ngành đóng tàu nói riêng nhằm thay thế cho người công nhân. Trong luaän vaên coøn coù nhieàu sai soùt, kính mong ñöôïc söï goùp yù cuûa Quí Thaày Coâ vaø caùc baïn ñeå cho ñeà taøi ñöôïc hoaøn thieän hôn. Taùc giaû Lê Công Danh TÓM TẮT Nội dung chính của luận văn hướng về nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm mô hình Robot hàn tự hành hàn các đường cong phẳng trong mặt phẳng đứng. Nội dung bao gồm : Chương 1: Chương này trình bày tổng quan về nền công nghiệp hàn: Lịch sử phát triển, tóm tắt tình hình nghiên cứu trong nước và ở nước ngoài, các phương pháp hàn, mục tiêu nghiên cứu của luận văn Chương 2: Chương này trình bày những vấn đề liên quan đến nội dung nghiên cứu như : các dạng robot tự hành của các hãng trên thế giới, thiết kế cấu trúc và bố trí không gian cho robot hàn tự hành trong mặt phẳng đứng Chương 3: Chương này trình bày về :cấu trúc phần cứng của robot bao gồm phần cơ khí và phần điều khiển, giải pháp nhận biết đường hàn Chương 4: Trình bày về giải pháp tạo quỹ đạo công nghệ cho robot hàn Chương 5: Trình bày về việc thử nghiệm robot và đánh giá kết quả đạt được Chương 6: Kết luận về các vấn đề đã giải quyết, các vấn đề còn tồn đọng và hướng phát triển của luận văn SUMMARY The main content of essay tends to research, design and make a prototype of “Welding robot working in vertical plane”. The content includes : Chapter 1: This chapter shows general of Welding Technology. History and development of Welding robot, problems concerned in the research of Welding robot in VietNam and other countries, objective and method that will be research in this essay. Chapter 2: This chapter shows some kinds of automatics welding robot. Arrange and design the structure of “Welding robot working in vertical plane” Chapter 3: This chapter shows the hardware and software of robot and the way to recognize the welding track Chapter 4: This chapter shows the method to create the technological trajectory for welding robot Chapter 5: This chapter shows the results of research and comment about the result Chapter 6: Sumary of essay MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NỀN CÔNG NGHIỆP HÀN…………….1 1.1 SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH HÀN....................1 1.2 NHU CẦU CỦA CÁC NGÀNH SẢN XUẤT CƠ KHÍ VÀ CỦA CÔNG NGHIỆP ĐÓNG TÀU............................................................................2 1.2.1 Hàn đối với sức bền thân tàu......................................................................2 1.2.2 Tính công nghệ...........................................................................................2 1.2.3 Tính kinh tế.................................................................................................3 1.2.4 Xu hướng phát triển....................................................................................3 1.2.5 Sử dụng robot trong công nghệ hàn............................................................4 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ........................................................................4 1.3.1 Nước ngoài .................................................................................................2 1.3.2 Trong nước .................................................................................................8 1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN.....................................................................15 1.4.1 Hàn hồ quang tay: . ..................................................................................15 1.4.2 Hàn MIG/MAG........................................................................................16 1.4.3 Hàn TIG ...................................................................................................16 1.4.4 Hàn hồ quang chìm ..................................................................................17 1.4.5 Hàn laser...................................................................................................18 1.4.6 Hàn plasma...............................................................................................18 1.4.7 Các công nghệ hàn khác...........................................................................19 1.5 ROBOT HÀN .............................................................................................19 1.5.1 Dạng tay máy công nghiệp.......................................................................19 1.5.2 Dạng robot tự hành có đường dẫn hay hòan tòan tự động.......................22 1.6 CÁC ĐẶC ĐIỂM VÀ YÊU CẦU TRONG QUÁ TRÌNH HÀN VỚI ROBOT .....................................................................................................25 1.7 SƠ LƯỢC VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TÀU THUỶ .............................29 1.7.1 Các kích thước hình học của tàu thủy ......................................................29 1.7.1.1 Ba mặt cắt thân tàu thẳng góc với nhau ................................................29 1.7.1.2 Kích thước chủ yếu ...............................................................................30 1.7.2 Kết cấu thân tàu........................................................................................30 1.7.3 Công nghệ đóng tàu .................................................................................31 1.7.3.1 Chế tạo bán thành phẩm........................................................................31 1.7.3.2 Chế tạo cụm chi tiết thanh.....................................................................32 1.7.3.3 Chế tạo phân đoạn thẳng .......................................................................32 1.7.3.4 Chế tạo phân đoạn khối.........................................................................33 1.7.3.5 Chế tạo tổng đoạn..................................................................................33 1.8 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ................................................36 CHƯƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP VỀ CẤU TRÚC VÀ BỐ TRÍ KHÔNG GIAN CHO ROBOT HÀN TỰ HÀNH TRONG MẶT PHẲNG ĐỨNG..............37 2.1 CÁC GIẢI PHÁP VỀ CẤU TRÚC HIỆN CÓ TRÊN THẾ GIỚI VỀ ROBOT HÀN TỰ HÀNH ................................................................................37 2.1.1 Robot hàn tự hành của Hãng BugO .........................................................37 2.2.2 Robot hàn tự hành của các hãng khác......................................................41 2.1.2 Mục tiêu đề ra cho robot hàn....................................................................43 2.2 BỐ TRÍ KHÔNG GIAN CHO ROBOT .....................................................44 2.2.1 Nguyên lý hoạt động của robot tự hành hàn sườn (mạn) tàu...................44 2.2.2 Phân tích lựa chọn phương án cho robot hàn...........................................44 2.2.3 Thiết kế các bộ phận của robot ................................................................52 CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA ROBOT VÀ GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐUỐC HÀN BÁM THEO QUỸ ĐẠO CẦN HÀN .............55 3.1 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA ROBOT ................................................55 3.1.1 Module ray dẫn hướng .............................................................................55 3.1.2 Cấu tạo robot ............................................................................................62 3.1.2.1 Đế ..........................................................................................................62 3.1.2.2 Module trượt .........................................................................................65 3.1.2.3 Hộp điều khiển ......................................................................................68 3.1.2.4 Bộ phận cấp nguồn................................................................................71 3.1.3 Một số hình ảnh tổng thể robot hoàn chỉnh .............................................73 3.2 ĐƯỜNG HÀN ............................................................................................75 3.2.1 Cấu tạo đường hàn ...................................................................................75 3.2.2 Các dạng khuyết tật mối hàn....................................................................77 3.2.3 Các công nghệ hàn thường dùng trong đóng tàu .....................................80 3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP NHẬN BIẾT ĐƯỜNG HÀN ...............................82 3.3.1 Phân tích cấu tạo đường hàn ....................................................................82 3.3.2 Các phương án nhận biết đường hàn........................................................84 3.3.2.1 Đối với đường hàn có vát mép..............................................................84 3.3.2.2 Đối với đường hàn không vát mép........................................................85 3.3.3 Cảm biến sử dụng để nhận biết đường hàn..............................................86 3.3.3.1 Yêu cầu đối với cảm biến......................................................................86 3.3.3.2 Một số cảm biến có thể sử dụng............................................................86 3.4 NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN ĐUỐC HÀN.............................................91 3.4.1 Nguyên tắc xác định đường hàn và điều khiển đuốc hàn ........................91 3.4.2 Giải thuật điều khiển và sơ đồ mạch điện ................................................95 3.4.2.1 Sơ đồ khối phần điều khiển của robot...................................................95 3.4.2.2 Lưu đồ giải thuật điều khiển .................................................................96 3.4.2.3 Sơ đồ mạch điện điều khiển ..................................................................97 3.4.3 Các chế độ hoạt động của robot .............................................................101 CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP TẠO QUỸ ĐẠO CÔNG NGHỆ HÀN CHO ROBOT ................................................................................................102 4.1 QUỸ ĐẠO CÔNG NGHỆ HÀN ..............................................................102 4.1.1 Các dạng quỹ đạo công nghệ hàn ..........................................................102 4.1.2 Các phương pháp tạo quỹ đạo zigzag ....................................................104 4.2 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ PHẬN TẠO QUỸ ĐẠO CÔNG NGHỆ HÀN........................................................................................107 4.2.1 Các giái pháp..........................................................................................107 4.2.2 Chế tạo thiết bị.................................................................................... 110 CHƯƠNG 5: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ......................113 5.1 THỬ NGHIỆM VỀ TỐC ĐỘ DI CHUYỂN CỦA ROBOT HÀN ..........113 5.1.1 Mục đích.................................................................................................113 5.1.2 Kết quả ...................................................................................................113 5.2 THỬ NGHIỆM VỀ SAI LỆCH VỊ TRÍ GIỮA ĐẦU DÒ VÀ ĐẦN HÀN ...............................................................................................116 5.2.1 Mục đích.................................................................................................116 5.2.2 Điều kiện thử nghiệm ......................................................................... 116 5.2.3 Phương pháp đánh giá sai số............................................................... 116 5.2.3.1 Thử nghiệm lần 1 ............................................................................ 118 5.2.3.2 Thử nghiệm lần 2................................................................................122 5.3 NHẬN XÉT KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM: ...............................................125 5.3.1 Về tốc độ di chuyển................................................................................125 5.3.2 Về đường hàn .........................................................................................126 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN ............................................................................127 6.1 TÓM TẮT ............................................................................ 127 6.2 NHỮNG CÔNG VIỆC ĐÃ THỰC HIỆN ĐƯỢC : .................................127 6.3 NHỮNG HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI: ..................128 6.3.1 Những vấn đề còn hạn chế:....................................................................128 6.3.2 Hướng phát triển của đề tài:...................................................................129 Chương 1: Tổng quan về nền công nghiệp hàn Trang 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NỀN CÔNG NGHIỆP HÀN 1.1 SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH HÀN: Khỏang đầu thời đại đồ đồng, đồ sắt, con người đã biết hàn kim lọai. Năm 1802, nhà bác học Nga Pê-tơ-rốp đã tìm ra hiện tượng hồ quang điện và chỉ rõ khả năng sử dụng nhiệt năng của nó để làm nóng chảy kim loại, mở ra thời kỳ hàn hồ quang tay trong ngành công nghiệp đóng tàu. Năm 1888, Sla-vi-a-nốp đã áp dụng điện cực nóng chảy-cực điện kim loại vào hồ quang điện, đến năm 1907, kỹ sư Thuỵ Điển Ken-Be đã phát hiện ra phương pháp ổn định quá trình phóng hồ quang và bảo vệ vùng hàn khỏi tác động của không khí xung quanh bằng cách lắp lên điện cực kim loại một lớp vỏ thuốc. Việc ứng dụng que hàn bọc thuốc bảo đảm chất lượng của mối hàn trong ngành công nghiệp đóng tàu lúc bấy giờ. Thời kỳ phát triển cao của công nghệ hàn trong ngành công nghiệp đóng tàu đã được mở ra vào những năm cuối ba mươi và đầu bốn mươi sau những công trình nỗi tiếng của viện sĩ E.O.Pa-tôn về hàn dưới thuốc. Phương pháp hàn bán tự động và sau đó hàn tự động dưới lớp thuốc ra đời, sau đó nó được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp đóng tàu, đó là thành tựu vô cùng to lớn của kỹ thuật hàn hiện đại. Cho đến nay, hàn dưới thuốc vẫn là phương pháp cơ khí hoá cơ bản trong kỹ thuật hàn trong ngành công nghiệp đóng tàu với những ưu điểm vượt trội về hiệu suất và chất lượng của mối hàn. Từ những năm cuối bốn mươi, các phương pháp hàn trong khí bảo vệ được nghiên cứu và đưa vào sản xuất. Hàn trong khí bảo vệ làm tăng vọt chất lượng mối hàn và hiện nay là một trong những phương pháp hàn được sử dụng rộng rãi nhất tại các nhà máy đóng tàu với những ưu điểm về chất lượng mối hàn và đặc biệt là khả năng sử dụng dễ dàng ở nhiều tư thế hàn khác nhau. Hàn xỉ điện là một phát minh nổi tiếng nữa của tập thể Viện hàn điện B.O Pa-tô (Ki-ép Liên Xô). Qúa trình hàn điện xỉ được các nhà bác học Xô Viết phát GVHD: PGS.TS LÊ HOÀI QUỐC HVTH: LÊ CÔNG DANH Chương 1: Tổng quan về nền công nghiệp hàn Trang 2 hiện năm 1949, nghiên cứu và đưa vào sản xuất trong ngành công nghiệp đóng tàu từ những năm năm mươi để chế tạo các thiết bị nặng trên tàu như lò hơi, tua bin, máy tời… Các phương pháp hàn ngày càng được nghiên cứu và cải tiến để nâng cao năng suất, hiệu quả và chất lượng mối hàn cũng như nâng cao khả năng tự động hóa. Hiện nay, có hơn 120 phương pháp hàn khác nhau, trong đó, các phương pháp hàn được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp đóng tàu là: hàn bán tự động và tự động dưới lớp thuốc (Submerged Arc Welding - SAW), hàn bán tự động trong môi trường khí bảo vệ (MIG, MAG), hàn hồ quang dây hàn lõi thuốc (FCAW - Flux Cored Arc Welding), hàn hồ quang tự bảo vệ (Self-Shielded Arc Welding), hàn TIG. Một số phương pháp hàn mới đang được nghiên cứu và đưa vào sản xuất như: hàn bằng tia điện tử (electron beam welding), Laser beam, hàn siêu âm, hàn phát ma hồ quang và cánh tay Robot (Robotic arms) …v.v. 1.2 NHU CẦU CỦA CÁC NGÀNH SẢN XUẤT CƠ KHÍ VÀ CỦA NGÀNH CÔNG NGHIỆP ĐÓNG TÀU: Có thể nói sự phát triển của công nghệ hàn gắn liền với sự phát triển của ngành công nghiệp nặng nói chung trong đó có ngành công nghiệp đóng tàu. Hàn là một phương pháp gia công kim loại tiên tiến và hiện đại với những ưu điểm vượt trội. 1.2.1 Hàn với sức bền thân tàu: Do sử dụng triệt để mặt cắt làm việc của chi tiết hàn nên độ bền mối hàn cao, tăng độ bền chắc của kết cấu. Độ bền của các mối hàn sẽ tham gia đảm bảo độ kín khít, độ bền chung và khả năng làm việc lâu dài, ổn định, của con tàu. 1.2.2 Tính công nghệ: Công nghệ hàn là yếu tố hàng đầu quyết định việc chọn lựa phương án chế tạo, lắp ghép các phân đoạn, tổng đoạn. Do đó, nó trực tiếp quyết định đến độ lớn của con tàu. Hàn có thể nối được những kim loại có tính chất khác nhau, không hạn chế chiều dày của các chi tiết, với độ bền mối hàn cao, mối hàn kín, chịu tải trọng GVHD: PGS.TS LÊ HOÀI QUỐC HVTH: LÊ CÔNG DANH Chương 1: Tổng quan về nền công nghiệp hàn Trang 3 tĩnh tốt và chịu được áp suất cao. Do đó, hàn là phương pháp chủ yếu dùng để chế tạo các bình chứa, nồi hơi, ống dẫn, các trang thiết bị trên tàu cũng như chế tạo, lắp ráp các chi tiết, cụm chi tiết được cấu thành từ những kim loại có tính chất khác nhau. Ngoài những chỗ chịu tác dụng của lực chấn động không nên hàn ra, không có chỗ nào là không thể hàn được. Ngoài ra, công nghệ hàn cho phép giảm được tiếng ồn trong sản xuất. 1.2.3 Tính kinh tế: Công nghệ hàn mang lại hiệu quả kinh tế cao trong ngành công nghiệp đóng tàu. So với tán ri-vê, hàn sẽ tăng được 13% tốc độ thi công, giảm 30% lượng nhiên liệu tiêu hao, tiết kiệm được 10÷20% khối lượng kim loại do sử dụng mặt cắt làm việc của chi tiết hàn triệt để hơn, hình dáng chi tiết cân đối hơn, giảm được khối lượng kim loại mất mát do đột lỗ v.v…So với đúc, hàn tiết kiệm được tới 50% vì không cần tới hệ thống rót. Công nghệ hàn là một trong những yếu tố quan trọng góp phần nâng cao năng suất trong ngành công nghiệp đóng tàu. Hàn sẽ giảm được thời gian và giá thành chế tạo kết cấu. Hàn cho năng suất cao hơn so với các phương pháp khác do giảm được số lượng nguyên công và cường độ lao động. Thiết bị hàn tương đối đơn giản và dễ chế tạo. Khi hàn, ta có thể chỉ dùng máy hàn xoay chiều gồm một máy giảm thế từ 200 volts hay 230 volts xuống nhỏ hơn 80 volts. 1.2.4 Xu hướng phát triển: Hàn với những ưu điểm vượt trội về tính bền, tính công nghệ, tính kinh tế... Do đó, công nghệ hàn đã và đang được nghiên cứu, ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp đóng tàu. Hiện nay, công nghệ hàn phát triển với hơn 120 phương pháp hàn khác nhau. Với khả năng cơ khí hoá và tự động hoá cao, ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghệ cao, công nghệ hàn đang phát triển với những phương pháp hàn tự động với năng suất, chất lượng mối hàn cao như: hàn TIG, SAW, GTAW, hàn bằng tia điện tử (electron beam welding), Laser beam, hàn siêu âm, hàn phát ma hồ quang và cánh tay Robot (Robotic arms) …v.v. GVHD: PGS.TS LÊ HOÀI QUỐC HVTH: LÊ CÔNG DANH Chương 1: Tổng quan về nền công nghiệp hàn Trang 4 1.2.5 Sử dụng robot trong công nghệ hàn Môi trường hàn là một môi trường độc hại, người công nhân phải làm việc trong môi trường ngột ngạt, chật hẹp, ô nhiễm tiếng ồn và khói hàn trong thời gian dài. Ngoài ra chất lượng mối hàn còn phụ thuộc vào trình độ tay nghề và sức khỏe của công nhân, do đó cần nghiên cứu về những vấn đề ứng dụng robot hàn để thay cho người công nhân hàn. Những lợi ích lớn nhất của hàn tự động sử dụng robot là có độ chính xác và năng suất cao, nâng cao độ tin cậy của mối hàn. Một khi được lập trình hợp lý, các robot sẽ tạo ra những mối hàn y như nhau trên các vật hàn cùng kích thước và quy cách. Chuyển động của que hàn được tự động hóa sẽ giảm nguy cơ mắc lỗi trong thao tác, do vậy giảm phế phẩm và khối lượng công việc phải làm lại. Robot không những làm việc nhanh hơn mà còn có thể hoạt động liên tục suốt ngày đêm, hiệu quả hơn nhiều so với một hệ thống hàn tay. Tóm lại nhu cầu về robot hàn là rất lớn không chỉ trong công nghiệp đóng tàu mà còn trong công nghiệp sản xuất cơ khí. 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU: 1.3.1 Nước ngoài: Vieäc nghieân cöùu vaø öùng duïng robot trong saûn xuaát coâng nghieäp vaø trong an ninh, quoác phoøng ñaõ ñöôïc caùc nöôùc coâng nghieäp phaùt trieån quan taâm töø khaù sôùm. Keå töø nhöõng maãu robot coâng nghieäp ñaàu tieân nhö Unimate - 01 vaø Versatrans EEHV cuûa haõng Unimation ñöa vaøo öùng duïng ôû Hoa Kyø vaøo ñaàu thaäp kỉ 1960 ñeán nay, ñaõ coù nhieàu nöôùc coâng nghieäp phaùt trieån khaùc goàm Nhaät Baûn vaø moät soá nöôùc ôû Chaâu Aâu ñaõ nhanh choùng nghieân cöùu vaø öùng duïng trong nhieàu lónh vöïc saûn xuaát khaùc nhau. Trong ñoù, ñaùng keå nhaát laø ñöa robot öùng duïng trong coâng nghieäp ôû caùc ngaønh saûn xuaát naëng nhoïc, ñoäc haïi nhö trong ngaønh saûn xuaát hoùa chaát vaø trong ngaønh luyeän kim, trong caùc moâi tröôøng vaø coâng ngheä saûn xuaát thieáu GVHD: PGS.TS LÊ HOÀI QUỐC HVTH: LÊ CÔNG DANH Chương 1: Tổng quan về nền công nghiệp hàn Trang 5 ñoä an toaøn nhö treân caùc daây chuyeàn reøn daäp, trong cheá taïo thieát bò ñieän côõ lôùn, trong caùc daây chuyeàn saûn xuaát linh hoaït nhaèm thay theá lao ñoäng thuû coâng cuûa coâng nhaân… Nhiều công ty hàng đầu thế giới như: ABB, FANUC, PANASONIC, KAWASAKI, KUKA, MOTOMAN…đã chế tạo các thiết bị hàn từ bán tự động đến tự động các robot hàn và triển khai ứng dụng robot hàn trong công nghiệp. Trong các tạp chí khoa học có uy tín về lĩnh vực robot, nhiều công trình đã được công bố và triển khai như: + “Seam tracking and welding speed control of mobile for lattice type of welding” Y.B. Jeon, B. O. Kam, S. S. Park, and S. B. Kim. Đề tài đưa ra một mô hình robot di động dùng để hàn đường thẳng. Cảm biến dò đường hàn di chuyển cùng với bàn trượt mang đầu mỏ hàn. Bộ điểu khiển nhận thông tin về sai số từ cảm biến để điều khiển chuyển động của robot theo phương trình lập sẵn. + “Development of mobile robot for pipe welding with visual sensor” Ogawa, Koichi Suga, Yasuo. Phát triển robot di động có trang bị cảm biến thị giác dùng trong hàn ống dẫn. + “Development of an autonomous mobile robot with a visual sensor for welding of pipe-butt welding of thin wall stainless steel pipes” Ogawa, Koichi Suga, Yasuo. Một hệ thống robot tự hành di động được dùng để hàn các ống dẫn. Robot này có khả năng di chuyển dọc theo ống dẫn và sử dụng cảm biến thị giác để phát hiện những nơi cần hàn. + “Recognition and automatic tracking of weld line in welding of T-joint of pipes by an autonomous moblie robot with vision sensor” Ogawa, Koichi Suga, Yasuo. Nhận dạng và hàn đường thằng trong đường ống bằng robot tự hành với cảm biến thị giác. + “ Intelligent welding robot system” alzamora G, Ikeya H, Kaneko Y, Ohshima K, Chen Q. Hệ thống robot hàn thông minh. GVHD: PGS.TS LÊ HOÀI QUỐC HVTH: LÊ CÔNG DANH Chương 1: Tổng quan về nền công nghiệp hàn Trang 6 + “Ship building with rower” – P. Gonzalez De Santos, M. A. Armada, and M. Q. Jimenez. Robot chuyên dùng để hàn trong công nghiệp tàu thủy. Hình 1.1: Robot hàn của hãng ABB Hình 1.2: Robot hàn của hãng ABB đang hàn xe hơi GVHD: PGS.TS LÊ HOÀI QUỐC HVTH: LÊ CÔNG DANH Chương 1: Tổng quan về nền công nghiệp hàn Trang 7 Hình 1.3: Robot mang đầu hàn bấm của hãng Motoman Hình 1.4: Robot hàn tự hành của hãng Ishimatsu GVHD: PGS.TS LÊ HOÀI QUỐC HVTH: LÊ CÔNG DANH Chương 1: Tổng quan về nền công nghiệp hàn Trang 8 Hình 1.5: Robot hàn tự hành của hãng Bug-O 1.3.2 Trong nước: Trước nhu cầu sản xuất công nghiệp trong nước và nhằm nghiên cứu chế tạo các mẫu robot thay thế ngoại nhập, gần đây một số đơn vị trong nước đã nghiên cứu và ứng dụng khá thành công các mẫu robot sau: - Boä ñieàu khieån Digital aùp duïng cho robot daïng SCARA 4 truïc do Vieän Cô Hoïc ÖÙng Duïng TP. HCM thöïc hieän. - Mẫu robot di động hoạt động trong môi trường cháy nổ, mẫu robot MSR 50 bốc dỡ và vận chuyển vật liệu rời của Viện Điện tử, tin học và Tự động hoá (Vielina) - Robot laáy ñóa CD treân maùy eùp nhöïa, xöôûng saûn xuaát cuûa Nhaø maùy Z 755 do khoa Cơ khí, Đại học Bách khoa Tp.HCM chế tạo GVHD: PGS.TS LÊ HOÀI QUỐC HVTH: LÊ CÔNG DANH Chương 1: Tổng quan về nền công nghiệp hàn Trang 9 - Một số mẫu robot của Đại học Bách khoa Hà Nội: Robot 6 bậc tự do RBP-4102, robot SCA mini. - Mẫu robot gấp sản phẩm phôi chai nhựa PET của khoa cơ khí, Đại học Bách khoa TP. HCM chế tạo cho cty Bảo Vân. - Robot caáp phoâi con gioáng baèng söù töø loø nung cho thieát bò saûn xuaát bi thuûy tinh cuûa Coâng ty KIM TRUÙC – Khu coâng nghieäp Taân Bình, TP. HCM Một số tài liệu và đề tài nghiên cứu về robot phục vụ các cho công nghiệp hàn, chẳng hạn như: - “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo robot phục vụ các quá trình sản xuất trong các điều kiện độc hại và không an toàn” - Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Lê Hoài Quốc, 2004. Trong đó có 5 hạng mục phần cứng: + Robot vạn năng cấp phôi cho máy tôi cao tần + Robot hàn + Robot Crane + Tay máy phục vụ trong dây chuyền sản xuất đạn, thuốc nổ + Tay máy gắp sản phẩm nhựa (theo phương ngang và theo phương đứng) Một số hình ảnh về kết quả của đề tài: GVHD: PGS.TS LÊ HOÀI QUỐC HVTH: LÊ CÔNG DANH