Một trong số thiết bị sản xuất có thể nói đến đó là cánh tay Robot công nghiệp. Cánh tay robot công nghiệp là một thiết bị tự động hóa được ứng dụng khá phổ biến trong các nhà máy sản xuất công nghiệp hiện nay. Cánh tay robot công nghiệp là bước tiến tuyệt vời trong quy trình tự động hóa sản xuất. Không chỉ phục vụ quá trình lắp ráp sản phẩm mà còn góp phần xử lý những công việc phức tạp trong sản xuất. Cánh tay Robot có thể thực hiện được một quy trình thao tác bằng hoặc hơn người thợ lành nghề một cách ổn định trong suốt thời gian làm việc. Vì thế robot có thể góp phần nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản 11 phẩm. Hơn thế, robot còn có thể nhanh chóng thay đổi công việc để thích nghi với sự biến đổi mẫu mã, kích cỡ sản phẩm theo yêu cầu của thị trường cạnh tranh. Công đoạn lắp ráp thường chiếm tỷ lệ cao so với tổng thời gian sản xuất trên toàn bộ dây chuyền. Công việc khi lắp ráp đó lại đòi hỏi phải rất cẩn thận, không được nhầm lẫn, thao tác nhẹ nhàng, tinh tế và chính xác nên cần có thợ tay nghề cao và phải làm việc căng thẳng suốt ngày. Khả năng thay thế người lao động ở những khâu lắp ráp ngày càng hiện thực là do đã áp dụng được nhiều thành tựu mới về khoa học trong việc thiết kế, chế tạo robot. Với xu thế phát triển của thời đại cùng những kiến thức quý báu được thầy cô truyền lại sau thời gian học tập tại trường và được sự đồng ý, hướng dẫn của thầy cô nhóm chúng em quyết định thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu, điều khiển robot đánh bóng MELFA RV 2SQ S80”. Với sự cố gắng của các thành viên trong nhóm và sự hướng dẫn tận tình của thầy PGS. TS. Hoàng Tiến Dũng, nhóm đã hoành thành tốt đề tài được giao. Do kiến thức còn nhiều thiếu sót và thời gian hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm rất mong nhận được những lời nhận xét cũng như các ý kiến của quý thầy cô. Nhóm em xin cảm ơn thầy cô, nhà trường đã tạo điều kiện để chúng em được thực hiện đề tài đem lại nhiều kiến thức hữu ích và sẽ có nền tảng cho công việc sau này.
TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ ROBOT ĐÁNH BÓNG
Lịch sử thành và phát triển
Định nghĩa về robot công nghiệp
Robot công nghiệp có tên tiếng anh là Industrial Robotics là một loại máy được dùng trong sản xuất công nghiệp Robot công nghiệp là loại tự động, có thể lập trình và có khả năng di chuyển trên hai hoặc nhiều trục Các ứng dụng điển hình của robot bao gồm: cnc, hàn, sơn, lắp ráp, chọn và đặt các linh kiện điện tử lên bảng mạch in, làm bao bì và dán nhãn, pallet, kiểm tra sản phẩm và thử nghiệm
Hiện nay, Robot hiện đại ngày càng được con người nghiên cứu và cải tiến để có thể nâng cao năng suất làm việc và thay thế con người làm các công việc vất vả hoặc vào những nơi nguy hiểm
Dựa theo tiêu chuẩn ta có các định nghĩa Robot công nghiệp như:
• Dựa trên tiêu chuẩn RIA (Mỹ): Industrial Robotics là một hoặc 2 cánh tay vạn năng, chúng được lập trình để có thể thay thế con người làm những công việc khác nhau
• Tiêu chuẩn AFNOR (Pháp): Người Pháp lại định nghĩa Robot ứng dụng trong công nghiệp là một cơ cấu chuyển động được lập trình sẵn thực hiện các công việc có tính tuần hoàn, chúng được làm việc dựa trên hệ trục tọa độ
• Theo tiêu chuẩn TOCT 25686-85 (Nga): Robot công nghiệp là một máy tự động, được đặt cố định hoặc di động được, liên kết giữa một tay máy và một hệ thống điều khiển theo chương trình, có thể lặp đi lặp lại để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất
Lịch sử hình thành và phát triển
George Charles Devol Jr (20 tháng 2 năm 1912 – 11 tháng 8 năm
2011) là một nhà phát minh người Mỹ, nổi tiếng với việc tạo ra Unimate, robot công nghiệp đầu tiên Phát minh của Devol mang lại cho ông danh hiệu “Ông tổ của người máy”
Hình 1 1: George Charles Devol Jr (ở giữa) và các cộng sự
National Inventors Hall of Fame cho biết, “Bằng sáng chế của Devol cho cánh tay robot có thể lập trình được vận hành bằng kỹ thuật số đầu tiên đại diện cho nền tảng của ngành công nghiệp robot hiện đại”
Lòng đam mê của chàng thanh niên trẻ Devol
Vào năm 1940, Chàng trai 28 tuổi mang tên Devol đã bắt đầu lưu ý đến việc đưa tự động hóa vào các nhà máy
Vào đầu những năm 1950, Devol đã cấp phép thiết bị ghi từ tính kỹ thuật số của mình cho Remington Rand ở Norwalk, CT, và trở thành người quản lý bộ phận từ tính của họ Tại đây, ông đã làm việc với một nhóm để phát triển hệ thống ghi từ tính của mình cho các ứng dụng dữ liệu kinh doanh
15 Ông cũng làm việc để phát triển hệ thống in tốc độ cao đầu tiên Trong khi hệ thống ghi từ tính tỏ ra quá chậm đối với dữ liệu kinh doanh, phát minh của Devol được tái sử dụng như một điều khiển máy móc mà cuối cùng sẽ trở thành “bộ não” của robot Unimate sau này
Năm 1954, Ý tưởng về robot công nghiệp được nảy sinh khi Devol đã gặp Joseph Frederick Engelberger, một doanh nhân và người được mệnh danh là “cha đẻ của robot”, và thuyết phục anh ta về tiềm năng của ý tưởng của mình
Năm 1956 Devol cùng với Josenph Frederick đã tạo ra loại robot đầu tiên Các robot Unimation đã được gọi là các máy vận chuyển khả lập trình
(programmable transfer machines) vì các robot đầu tiên chủ yếu được sử dụng để vận chuyển các đối tượng từ điểm này đến diểm khác với khoảng cách không quá lớn Các robot dùng cơ cấu dẫn động thuỷ lực và được lập trình trong toạ độ khớp, nghĩa là giá trị của các biến khớp được lưu giữ trong giai đoạn dạy học và thao tác được lặp lại Chúng có thể đạt độ chính xác 1/10.000 Inch Unimation sau đó đã nhượng quyền công nghệ cho các công ty khác như Kawasaki Heavy Industrics, Guest-Ncttlefolds, chế tạo Unimate ở Nhật và Anh
Năm 1960, Devol thành công trong việc sản xuất thử nghiệm robot công nghiệp đầu tiên trên thế giới với tên gọi là Unimate, tổng số tiền đã chi để nghiên cứu và phát triển con robot đầu tiên là 5 triệu USD
Hình 1 2: Robot Unimate, robot công nghiệp đầu tiên được Devol phát triển
Unimate ra đời và đã thu hút được sự chú ý của các nhà sản xuất ô tô của Hoa kỳ đặc biệt là General Motors, ông lớn trong ngành công nghiệp ô tô vào thời bấy giờ đang muốn tự động hóa nhà máy cùng trong năm, Devol bán robot Unimate đầu tiên
Năm 1961, Robot Unimate đầu tiên được vận chuyển cho General
Motors GM lần đầu tiên sử dụng máy này để xử lý khuôn đúc và hàn điểm Rô-bốt Unimate đầu tiên được lắp đặt tại Nhà máy Inland Fisher Guide của GM ở Thị trấn Ewing, New Jersey, vào năm 1961 để nhấc các mảnh kim loại nóng ra khỏi máy đúc và xếp chúng thành chồng Ngay sau đó, các công ty như Chrysler, Ford và Fiat nhận thấy sự cần thiết phải mua Unimate với số lượng lớn
Hình 1 3: Robot của công ty Unimation, INC
Năm 1966, sau nhiều năm khảo sát thị trường và thử nghiệm thực địa, việc sản xuất quy mô toàn diện đã bắt đầu ở Connecticut Robot sản xuất đầu tiên của Unimation là robot xử lý vật liệu và ngay sau đó là robot hàn và các ứng dụng khác
Đối tượng nghiên cứu
Ngày nay với nhu cầu của các công ty, doanh nghiệp Robot đã và đang ngày càng trở thành một phần quan trọng trong các quy trình sản xuất và công nghiệp hiện đại Chúng giúp tăng cường hiệu suất, độ chính xác cao, làm việc nhanh chóng, giảm chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm
Robot công nghiệp được phân loại dựa trên 3 tiêu chí là số bậc tự do, ứng dụng của nó và phân loại robot dựa theo chủng loại Robot công nghiệp là loại tự động, có thể lập trình và có khả năng di chuyển hai hoặc nhiều trục Một robot công nghiệp điển hình được tạo thành từ các yếu tố chức năng sau:
• Bộ điều khiển: Đây là thành phần cung cấp cho robot bộ nhớ và sức mạnh xử lý cần thiết để hoạt động Bộ điều khiển của robot đóng vai trò là bộ não của toàn bộ hệ thống điều khiển
• Cảm biến: Robot sử dụng cảm biến để thu thập dữ liệu từ môi trường xung quanh Cảm biến là tai, mắt của robot
• Truyền động và nguồn năng lượng: Robot có thể sử dụng truyền động điện, khí nén, thủy lực hoặc bất kỳ truyền động nào khác để lấy và chuyển đổi năng lượng cần thiết cho hoạt động của nó
• Cánh tay robot: Được thiết kế để bắt chước cánh tay người, cánh tay robot là cấu trúc được tạo thành từ nhiều đoạn được nối với nhau bằng các khớp nối/mối liên kết Các khớp có thể được lập trình để di chuyển theo hướng mong muốn
• Dụng cụ cuối cánh tay (EOAT)/bộ tác động cuối: là thiết bị/bộ truyền động tùy chỉnh được kết nối ở phần cuối của cánh tay rô bốt được sử dụng để thực hiện các hoạt động cụ thể như hàn, xử lý vật liệu, sơn, lắp ráp, v.v Một số robot công nghiệp hỗ trợ hoán đổi của EOAT để cho phép chúng thực hiện các hoạt động khác nhau
❖ Phân loại robot dựa trên số bậc tự do
• Robot 3 bậc tự do có thể chuyển động tịnh tiến theo ba trục X, Y và Z trong tọa độ Đề các và không thể thực hiện chuyển động quay Robot ba bậc tự do có thể tự động hóa các quy trình đơn giản trong đó hướng và vị trí của chi tiết không thay đổi Hầu hết robot ba bậc tự do được sử dụng để nhặt và đặt, vận chuyển chi tiết, và xếp hàng lên pallet
Hình 1 7: Robot 3 bậc tự do hàn thiếc tự động
• Robot 6 bậc tự do là một loại robot có khớp nối và là loại robot phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp Chúng cung cấp tính linh hoạt, sức mạnh và tầm với cần thiết để hoàn thành hầu hết các ứng dụng bao gồm tự động hóa hàn, xử lý vật liệu , loại bỏ vật liệu và sơn Robot sáu bậc tự do có thể di chuyển trong các mặt phẳng X, Y và Z
• Ngoài ra, robot 6 bậc tự do có thể thực hiện các động tác cuộn, cao độ, kẹp Điều này làm cho chuyển động của những robot này tương tự như chuyển động của cánh tay con người, một lý do khiến chúng trở nên lý tưởng để tiếp quản dây chuyền sản xuất
Hình 1 8: Cánh tay robot cộng tác 6 bậc tự do
Hình 1 9: Cánh tay robot 6 bậc tự do Mitsubishi
❖ Phân loại robot theo ứng dụng
• Rô-bốt gắp và đặt cung cấp các giải pháp tự động để nâng các vật thể từ một vị trí và đặt chúng ở các vị trí khác
Hình 1 10: Cánh tay robot xếp hàng trên pallet
• Robot hàn là một loại robot đã được lập trình sẵn giúp người chủ hoàn toàn tự động hóa quá trình hàn cơ khí Tùy vào từng mục đích sử dụng mà thị trường đã cho ra đời nhiều loại robot hàn gia công cơ khí khác nhau về đầu hàn như robot hàn tích, hàn dây, hàn điểm hay hàn Laser
Hình 1 11: Cánh tay robot hàn
• Robot sơn sử dụng cánh tay với sáu bậc tự do Các bề mặt khó tiếp cận thủ công thông thường có thể dễ dàng tiếp cận hơn bởi các robot sơn Ngoài ra, các bộ phận phức tạp có bề mặt góc cạnh hoặc cong có thể được sơn hoặc phủ bởi robot sơn một cách dễ dàng
Hình 1 12: Cánh tay Robot công nghiệp trong dây chuyền sơn oto
• Robot xếp hàng lên pallet ứng dụng tự động hóa với cánh tay robot công nghiệp cho nhà máy thông minh giúp bốc dỡ hàng hóa, xếp hàng lên pallet, xếp hàng vào thùng carton, thùng nhựa, hộp nhựa
Hình 1 13: Cánh tay robot đóng gói sản phẩm
• Robot gia công được triển khai cho các quy trình gia công như một giải pháp thay thế cho các máy phay, tiện và CNC truyền thống hơn Những máy này thường lớn và thiếu tính linh hoạt trong sản xuất khi gia công các chi tiết lớn hoặc có hình dạng không đều Robot gia công giải quyết những vấn đề đau đầu này cho các nhà sản xuất, cho phép các chi tiết linh hoạt và chính xác hơn so với các thiết bị gia công khác
Hình 1 14: Cánh tay robot gia công
➢ Sau khi tham khảo các nguồn tài liệu và được sự tư vấn của thầy PSG TS
Hoàng Tiến Dũng nhóm đã quyết định thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế robot đánh bóng”
❖ Giới thiệu chung về dòng robot MELFA
Robot Melfa là dòng sản phẩm robot công nghiệp của công ty Mitsubishi Electric, một trong những nhà sản xuất hàng đầu trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp Được ra mắt vào những năm 1980, dòng sản phẩm Robot Melfa đã trở thành một trong những lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng tự động hóa trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau
Dòng sản phẩm Melfa cung cấp một loạt các robot công nghiệp có khả năng đa dạng, từ các robot SCARA nhỏ gọn đến các robot 6 trục linh hoạt và mạnh mẽ Các robot Melfa được thiết kế để thực hiện nhiều nhiệm vụ tự động hóa như lắp ráp, hàn, kiểm tra chất lượng, đóng gói và nhiều ứng dụng công nghiệp khác
Dưới đây là một số đặc điểm nổi bật về các Robot Melfa:
Mục tiêu nghiên cứu đề tài
• Mục đích của đề tài này là nghiên cứu về cấu tạo và các phương pháp điều khiển thích hợp trên cơ sở ứng dụng các kỹ thuật tiên tiến và xây dựng những giải pháp phần cứng cũng như phần mềm để chế tạo bộ điều khiển cánh tay robot 6 bậc tự do Nhằm làm chủ kỹ thuật chế tạo robot, có thể áp dụng vào phòng thí nghiệm của các trường cao đẳng, đại học cũng như ứng dụng sản xuất công nghiệp
• Robot có thể điều khiển hoàn toàn theo ý muốn để xác định phương hướng di chuyển trong không gian
• Tổng hợp các kiến thức, kinh nghiệm đã được học trong suốt quá trình học tập tại nhà trường Để hoàn thành nhiệm vụ học tập tại trường sau hơn bốn năm học và bước đầu tập làm quen với công việc của một kỹ sư tương lai Trên cơ sở nghiên cứu đồ án Cơ điện tử và định hướng đồ án tốt nghiệp của khoa chúng em nhận được đề tài “Nghiên cứu, thiết kế robot đánh bóng” để làm đồ án tốt nghiệp kết thúc quá trình học tập tại trường.
Phương pháp thực hiện
❖ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
- Nghiên cứu về các bài toán, mô hình hóa giúp cho việc tính toán và chọn các trang thiết bị điện và cơ khí
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về các loại động cơ, bộ điều khiển điển hình trong điều khiển một hệ thống robot tự động
- Nghiên cứu lập trình điều khiển robot bằng phần mềm RT ToolBox 3
- Tìm hiểu phương pháp xây dựng hệ thống điều khiển và chương trình điều khiển
❖ Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
- Thực hiện chế tạo cơ khí, mạch điện, chương trình điều khiển để kiểm chứng trên mô hình thực
- Mô hình hóa, tính toán thiết kế mô hình cơ khí cho hệ thống đảm bảo độ chính xác và độ cứng cần thiết đáp ứng nhu cầu hệ thống
- Sử dụng phần mềm NX và AutoCAD để thiết kế và mô phỏng hệ thống cơ khí.
Đặc điểm của robot đánh bóng
Robot đánh bóng dụng cụ là một loại robot công nghiệp được thiết kế để tự động hóa quá trình đánh bóng và làm sạch về mặt các dụng cụ và sản phẩm kim loại Chúng thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp như ô tô, hàng không, gia dụng và cơ khí nhằm cải thiện chất lượng bề mặt và tăng hiệu suất sản xuất
Các đặc điểm của robot đánh bóng dụng cụ :
- Chính xác cao: Robot đánh bóng được trang bị các cảm biến và hệ thống điều khiển tiên tiến, giúp đảm bảo quá trình đánh bóng diễn ra chính xác và đồng đều trên toàn bộ bề mặt sản phẩm
- Tự động hóa: Với khả năng hoạt động tự động, các robot này có thể làm việc liên tục mà không cần nghỉ ngơi, tăng năng suất và giảm thiểu lỗi do con người gây ra
- Linh hoạt: Robot đánh bóng có thể được lập trình để xử lý nhiều loại sản phẩm với các hình dạng và kích thước khác nhau, từ các bộ phận nhỏ đến các bề mặt lớn
- An toàn: Sử dụng Robot giúp giảm thiểu rủi ro cho công nhân khi làm việc với các công đoạn đánh bóng, đặc biệt là khi xử lý các bề mặt nhọn hoặc sử dụng hóa chất nguy hiểm Ưu điểm của Robot đánh bóng dụng cụ:
- Tăng năng suất : Nhờ khả năng làm việc liên tục và chính xác, Robot đnash bóng giúp tăng năng suất sản xuất và rút ngắn thời gian hoàn thiện sản phẩm
- Chất lượng sản phẩm cao: Robot giúp đảm bảo chất lượng bề mặt sản phẩm đồng nhất và đẹp mắt, đáp ứng các tiêu chuẩn cao của ngành công nghiệp
- Tiết kiệm chi phí : Mặc dù đầu tư ban đầu có thể cao, nhưng về lâu dài, sử dụng robot đánh bóng giúp giảm chi phí lao động, tăng hiệu quả sử dụng nguyên vật liệu và giảm tối thiêủ lỗi sản phẩm
- Giảm tải công việc nặng nhọc : Robot thay thấy công nhân trong các công việc nặng nhọc và nguy hiểm, giúp bảo vệ sức khỏe và nâng cao an toàn lao động Ứng dụng của robot đánh bóng:
- Ngành sản xuất ô tô: Đánh bóng các bộ phận kim loại như thân xe, mâm bánh, các chi tiết nội thất
- Ngành hàng không: Xử lý bề mặt các bộ phận của máy bay để đảm bảo độ bền và an toàn
- Sản xuất dụng cụ gia dụng: Đánh bóng các thiết bị nhà bếp, đồ dùng gia dụng bằng kim loại như dao, nồi, chảo
- Ngành cơ khí chính xác: Đánh bóng các chi tiết máy móc, công cụ và thiết bị y tế
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ROBOT ĐÁNH BÓNG
Công nghệ đánh bóng
Đánh bóng là một phương pháp dùng để cải thiện chất lượng bề mặt sau khi gia công Giúp tăng tính hoàn thiện và thẩm mỹ cho sản phẩm thông qua việc ứng dụng các công cụ và hạt mài để tạo nên các bề mặt có độ nhám ở cấp độ nano và độ hoàn thiện cao không trầy xước
Phương pháp đánh bóng cơ học là sử dụng hạt mài với vận tốc quay phù hợp để tạo nên độ bóng theo yêu cầu Các hạt mài được sử dụng phổ biến đó là AL2O3, Si02, …Quá trình đánh bóng cơ học được thực hiện từ các hạt mài với kích thước lớn đến các hạt mài kích thước nhỏ hơn Để tạo ra được bề mặt bóng mịn Bước cuối cùng trong đánh bóng cơ học là sử dụng các hạt siêu mịn kết hợp với các loại bánh vải, bánh nỉ để tạo nên độ bóng tiêu chuẩn Nói chung đánh bóng siêu chính xác phải là quy trình cuối cùng trong chuỗi quy trình, sau khi tiện hoặc mài
Trong những thập kỷ qua, những phương pháp đánh bóng đã nhận được nhiều nghiên cứu mạnh mẽ nhằm giải quyết những thách thức gặp phải trong các ứng dụng khác nhau, bao gồm gương kính viễn vọng lớn phức tạp, bình quang in thạch bản, động cơ khí có độ cao lưỡi làm bằng hợp kim titan được thể hiện trong Để đáp ứng được các yêu cầu cao về độ bóng và cũng như các vật liệu bên dạng bề mặt đánh bóng để giải quyết những khó khăn đó một loạt phương pháp đánh bóng ra đời hai phương pháp chính là đánh bóng cơ học và đánh bóng phi cơ học
Hình 2 1: Động lực của quá trình đánh bóng và các ứng dụng tương ứng
❖ Mục đích của quy trình đánh bóng Đánh bóng cơ học được dùng để gia công lần cuối cho bề mặt chi tiết đã được định hình, xử lý phần thô… giúp vật thể sáng bóng phù hợp với yêu cầu của người sử dụng Đây là phương pháp sử dụng hạt mài với vận tốc quay phù hợp để tạo ma sát giữa các hạt mài và vật mài Khi được đánh bóng, bề mặt của các vật cần đánh bóng sẽ được loại bỏ các khuyết tật và trở nên sáng bóng hơn, làm tăng giá trị thẩm mĩ
Hầu hết các sản phẩm sau khi chế tạo sau vẫn còn vẻ thô sơ, thiếu tính thẩm mỹ như các vết xước, độ trong, tính quang học chưa đạt Do đó, quy trình đánh bóng các sản phẩm thấu kính ra đời thực chất chính là mang lại vẻ hoàn hảo cuối cùng trước khi đưa chúng ra thị trường
Nhờ có quy trình này, các sản phẩm được tiêu thụ thường có tính thẩm mỹ cao, bề mặt mịn, sáng và bóng Cũng chính nhờ vậy mà giá thành của các sản phẩm sau khi đánh bóng sẽ cao hơn và có tính cạnh tranh tốt hơn trên thị trường so với những sản phẩm không được đánh bóng.
Phân loại các phương pháp đánh bóng
2.2.1.1 Đánh bóng hỗ trợ siêu âm Đánh bóng hỗ trợ siêu âm là một phương pháp xử lý không dùng nhiệt, không dùng hóa chất và không dùng điện, được thiết kế để tránh thay đổi vật liệu, cấu trúc vi mô và tính chất hóa học Nó có nhiều ưu điểm, như hiệu quả cao, lực cắt thấp và chất lượng bề mặt cao Đánh bóng hỗ trợ siêu âm là một quá trình tích hợp rung siêu âm và đánh bóng cơ học Trong quá trình đánh bóng có hỗ trợ siêu âm, một chất bùn bao gồm chất mài mòn đánh bóng trong môi trường lỏng như nước khử ion được dẫn lên bề mặt và bị cuốn vào giữa bề mặt và miếng đánh bóng Áp suất giữa miếng đệm và bề mặt được kiểm soát bởi tốc độ quay của vật liệu và miếng đệm Với rung động siêu âm của miếng đánh bóng và đầu, các hạt mài liên tục tác động, cày và làm xước bề mặt với một tần số và biên độ nhất định Các tác động chính trên bề mặt là tác động cứng, thủy lực tác động và hiệu ứng xâm lấn Nó dẫn đến các phản ứng khác nhau ở bề mặt hoặc dưới bề mặt chẳng hạn như dòng chảy và đứt gãy vật liệu bao gồm cả việc loại bỏ vật liệu theo cơ chế để tạo ra bề mặt được đánh bóng
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đánh bóng bao gồm các đặc tính mài mòn như hình dạng mài mòn, lực cắt, tốc độ cắt và các đặc tính vật lý, cơ học và thậm chí cả cấu trúc vi mô của vật liệu bề mặt
Hình 2 2: Sơ đồ loại bỏ vật liệu đánh bóng hỗ trợ siêu âm
Hệ thống đánh bóng có hỗ trợ siêu âm bao gồm máy phát siêu âm, đầu dò siêu âm, còi siêu âm và dụng cụ đánh bóng Máy phát siêu âm, thường được gọi là nguồn cung cấp năng lượng siêu âm, chuyển đổi nguồn điện xoay chiều chính thành điện áp kích thích tần số cao cho đầu dò áp điện siêu âm dẫn đến đầu vào tần số cao cho còi siêu âm Chức năng chính của còi siêu âm là khuếch đại biên độ dịch chuyển hoặc vận tốc của đầu dò và tập trung năng lượng ở đầu dụng cụ
Việc áp dụng đánh bóng hỗ trợ siêu âm không bị giới hạn bởi đặc điểm vật chất Trong quá trình bóng, lực cắt của vật liệu mài nhỏ và những thay đổi dưới bề mặt được giảm thiểu bao gồm ứng suất dư trên bề mặt đánh bóng Vì
42 rung động siêu âm có thể làm giảm trở kháng đánh bóng giống như lực cảm trở chuyển động tương đối giữa vật liệu mài mòn và vùng được đánh bóng, nó làm tăng đáng kể tốc độ tương đối giữa vật liệu mài mòn và bề mặt, rút ngắn thời gian đánh bóng và cải thiên hiệu quả làm việc Ngoài ra, các chất mài mòn được phân mảnh thành các hạt nhỏ hơn có kích thước tương đương, là quá trình mài sắc và góp phần nâng cao hiệu quả đánh bóng, điều này cũng dẫn đến lực cắt ổn định hơn và các vết xước trên bề mặt đồng đều hơn đảm bảo bề mặt mịn hơn Đánh bóng hỗ trợ siêu âm có thể dễ dàng điều chỉnh đầu vào năng lượng và biên độ rung của các công cụ đánh bóng Khi đánh bóng các vật liệu cứng và giòn, có thể dễ dàng loại bỏ độ dẻo và giảm vết nứt bề mặt
Do đó, đánh bóng bằng diêu âm có thể được sử dụng làm quy trình xử lý cuối cùng cho khuôn bằng vật liệu cứng giòn, đạt được độ chính xác và chất lượng bề mặt gia công tốt
Việc đánh bóng hỗ trợ siêu âm không bị giới hạn bởi vật liêu đạt được chất lượng bề mặt tooits mà không có nhiều thay đổi về tổ chức Mặt khác, đánh bóng hỗ trợ siêu âm có yêu cầu nghiêm ngặt với các dụng cụ Còi siêu âm được thiết kế theo đầu đánh bóng Sự cổng hưởng của đầu đánh bóng với bộ tạo rung được người vận hành sửa lỗi, việc này cần một thời gian
Với các cơ chế loại bỏ xác định hơn, đánh bóng vòm được sử dụng rộng rãi trong xử lý khuôn quang học Đánh bóng vòm sử dụng một công cụ đánh bóng nhỏ hơn phôi để đánh bóng một phần bề mặt và đạt được “sự hội tụ lỗi hình dạng” Nó được coi là một quá trình đánh bóng hiệu quả cao vì lý do này “Dụng cụ” đánh bóng vòm là một túi khí hình cầu (quả bóng bay) là một lớp vải dệt kim dẻo và cao su Đây là chất nền cho “màng đánh bóng”, góp phần thêm vào sự ổn định hình dạng khi được bơm căng
Hình 2 3: Sơ đồ cấu trúc của công cụ đánh bóng vòm
Trong quá trình đánh bóng vòm, chất mài mòn trong dung dịch đánh bóng được vận chuyển vào khu vực giao diện giữa màng đánh bóng và bề mặt phôi Cơ chế được gán là một trong những loại bỏ vật liệu do mỏi dưới tác động của các hạt mài tuần hoàn cải thiện dần độ nhám bề mặt phôi Có thể đạt được hiệu quả đánh bóng và chất lượng bề mặt cao bằng cách điều chỉnh áp suất bơm túi khí và tốc độ trục chính
Trong đánh bóng vòm có rất nhiều yếu tố gây ảnh hưởng đến chất lương hoàn thiên của bề mặt sau khi đánh bóng như các yếu tố ảnh hưởng về lực cắt, kích thước mài mòn, mài mòn dụng cụ và điều kiện bề mặt trong quá trình đánh bóng vòm Một số nghiên cứu chỉ ra rằng kích thước mài mòn, tốc độ quay dụng cung và tình trạng bề mặt dụng cụ có thể ảnh hưởng đến lực và hệ số ma sát, ảnh hưởng hơn nữa đến việc loại bỏ vật liệu
Hình 2 4: Các loại dụng cụ đánh bóng vòm
Có ba tùy chọn cho đầu mài khi đánh bóng vòm:
Trục quay của túi khí vuông góc với bề mặt phôi, tạo thành vết đánh bóng tròn Chức năng loại có bỏ có hình chữ W, nhưng độ hội tụ xử lý kém
Do đó, nó thường được áp dụng trong quá trình đánh bóng trước Góc giữa trục quay của túi khí và phương pháp tiếp tuyến của phôi thường là 15−20°, tạo thành một vệt đánh bóng lệch tâm Sự hội tụ xử lý ở đây tương đối mạnh nên biến thể này đã được sử dụng rộng rãi trong đánh bóng chính xác
Có hai trục quay, một phương vuông góc với phôi bề mặt và cái kia có một góc nhất định với bề mặt bình thường Tuy nhiên, thân quay thường là một cấu trúc không cân bằng và không phải lúc nào cũng có thể duy trì sự ổn định của vị trí đầu mài Do đó, nó vẫn chưa được sử dụng rộng rãi
Công nghệ đánh bóng vòm được phát minh ra từ những năm 2000, theo báo cáo rằng tốc độ loại bỏ có thể kiểm soát trong khoảng 0,025-120 mm3/phút Do phạm vi loại bỏ được kiểm soát lớn, nó có thể đạt được hiệu quả đánh bóng nhanh chóng với hiệu quả loại bỏ cao và sửa đổi chính xác với lượng loại bỏ nhỏ Với công nghệ này chỉ mất 167 phút để loại bỏ lớp khuyết
45 tật 10 μm trên bề mặt phôi gia công hình lục giác có đường kính hiệu dụng 1 m
Việc đánh bóng vòm có thể đạt được độ đánh bóng xác định phù hợp với phép đo bề mặt đánh bóng Cơ cấu đánh bóng túi khí có màng bám dính với các chất mài mòn khác nhau, điều chỉnh theo bề mặt vật liệu khác nhau Nhưng cá vòm thường được sử dụng trên thành phần quang học có khẩu độ lớn Nếu linh kiện nhỏ đánh bóng vòm có thể không phải là lựa chọn tối ưu
2.2.1.3 Đánh bóng bằng tia chất lỏng
Cấu trúc chung của tay máy robot
Bộ phận cơ bản của robot là cánh tay (arm) gồm một số thanh nối cứng (link) liên kết với nhau bởi các khớp mềm (joint); thân (base); cổ tay (wrist); bàn tay (hand) và các ngón tay (fingers) Cánh tay robot được gắn lên thân, cổ tay được gắn ở thanh nối cuối cùng của cánh tay robot, bàn tay ( còn gọi là cơ cấu tác động cuối) được gắn lên cổ tay có nhiệm vụ thực hiện các nhiệm vụ theo yêu cầu công nghệ: cầm nắm hoặc gia công
Hình 2 14: Tổng quan các khớp cánh tay robot
Khớp là khâu liên kết hai thanh nối có chức năng truyền chuyển động để thực hiện di chuyển của robot Thanh nối gần với thân robot là thanh nối vào, thanh nối ra sẽ chuyển động so với thanh nối vào
Bảng 2 2: Các kiểu khớp của cánh tay robot
Chuyển động Sơ đồ động học
Vừa quay vừa xoay quanh 1 trục
3 chuyển động xoay quanh 1 điểm
Trượt theo 2 hướng và xoay Hai khâu được nối với nhau thông qua khớp mà khi chuyển động tương quan có thể biểu diễn bởi một hệ trục Trong các loại robot thường thấy hầu hết các loại khớp được sử dụng đều là khớp quay và tịnh tiến Khớp quay (R) giống như bản lề cho phép chuyển động quay giữa hai khâu Khớp tịnh tiến (P) cho phép chuyển động tịnh tiến giữa hai khâu Chuyển động quay giữa hai khâu thông qua khớp quay xung quanh trục thì gọi là trục khớp Hệ trục thường được gắn với khớp chủ động và được điều khiển bởi cơ cấu chấp hành Khâu bị động không gắn với cơ cấu chấp hành hay động cơ nào Khớp chủ động thường là khớp quay hay khớp tịnh tiến, tuy nhiên khớp bị động có thể là khớp loại thấp để cho ra tiếp xúc bề mặt
62 Khớp quay và tịnh tiến là 2 khớp thường được sử dụng nhiều nhất Robot MELFA RV-2SQ-S80 có 6 trục sử dụng 6 khớp quay, chuyển động quay được tạo ra bằng việc sử dụng các động cơ servo
2.3.2 Khớp cổ tay Đây là khớp giữa cánh tay dưới và tay gắp hay cơ cấu chấp hành cuối được gọi là khớp cổ tay Thông thường khi thiết kế tay máy, khớp cổ tay được thiết kế là khớp cầu tức là gồm ba khớp quay giao nhau tại một điểm Khớp cổ tay khá đơn giản, khi phân tích động học cho chúng ta vị trí và hướng của tay gắp Vì vậy cánh tay robot sẽ tạo ra vị trí và cổ tay của robot tạo ra hướng cần gắp hay điều khiển
Hình 2 15: Khớp cổ tay cánh tay robot
2.3.3 Tay gắp (Cơ cấu chấp hành cuối)
Tay gắp hay cơ cấu chấp hành cuối được gắn lên khâu cuối cùng để thực hiện công việc của robot Cơ cấu chấp hành cuối đơn giản là tay gắp Cơ cấu chấp hành cuối dạng tay gắp chỉ có hai hành động: đóng hoặc mở Cánh tay và khuỷu tay được lắp ráp vào với nhau để định vị tay gắp hay cơ cấu chấp hành cuối hoặc dụng cụ gắn vào
Cơ cấu kẹp thông thường gồm 2 ngón tay Các ngón tay có chức năng biến đổi một dạng năng lượng (điện, cơ khí, khí nén hoặc thủy lực) nhờ một cơ cấu hình thành lực để năm giữ một vật cụ thể Cơ cấu có khả năng mở ra và nắm lại các ngón tay có hình dạng gần giống như hình dạng vậy được giữ chắc trên tay robot
Hình 2 16: Cơ cấu tay kẹp
Trong trường hợp vật dễ bị trượt ra khỏi nngosn tay Để chống lại hiện tượng đó, cơ cấu kẹp cần được thiết kế đảm bảo đủ sinh lực cần thiết phụ thuộc vào trọng lượng của vật thể, hệ số ma sát giữa vật và các ngón tay, hệ số gia tốc và giảm tốc của vật và hướng của vật thể trong khi di chuyển Quan hệ lực tác động theo hướng song song với bề mặt tiếp xúc và các tham số đó được biểu diễn bằng phương trình [1]: à.nf.Fk = w (2.1)
Trong đú: à - hệ số ma sỏt ở bề mặt tiếp xỳc giữa ngún tay và vật thể nf - số ngón tay
Fk - lực của cơ cấu kẹp
W- trọng lực của vật thể được kẹp
64 Trong trường hợp lực tác dụng có xu hướng kéo vật thể ra khỏi các ngón tay lớn hơn trọng lượng của vật thể, lực cần thiết để giữ được xác định theo phương trình sau [1]: à.nf.Fk = W.kg (2.2) với kg là hệ số hiệu chỉnh tính đến tác dụng kết hợp của trọng lực và gia tốc: khi lực gia tốc có hướng trùng với trọng lực: kg = 3 và kg = 1 khi lực gia tốc có hướng ngược với hướng trọng lực, nếu lực gia tốc có hướng nằm ngang kg = 2.
Hệ thống điều khiển
Hình 2 17:Mặt sau bộ điều khiển trung tâm
1 Đầu nối cáp máy (dành cho nguồn điện động cơ) (CN1) Kết nối với đế cánh tay robot (kết nối CN1)
2 Đầu nối cáp máy (cho tín hiệu động cơ) (CN) Kết nối với đế cánh tay robot (Kết nối CN2)
3 Đầu vào dừng khẩn cấp (EMGIN) Kết nối công tắc dừng khẩn cấp với robot
4 Đầu ra dừng khẩn cấp (EMGSTOP) Đây là lỗi của robot Tình trạng đã được xuất ra
5 Khe điều khiển tay: Cài đặt giao diện tay khí nén tùy chọn
6 Đầu vào dừng đặc biệt: Dừng robot ngay lập tức
7 OPT, 8 CON3, 9 DCOUT, 10 CNDISP… Kết nối với bộ CPU Robot
8 Đầu nối đất: Vít nối đất cho cáp (Bóc vỏ cáp và cố định bằng kẹp cáp đính kèm)
Hình 2 18: Mặt trước bộ điều khiển trung tâm
1 Nút POWER: Thao tác này sẽ BẬT/TẮT nguồn điều khiển (Có chức năng ngắt dòng rò đất)
2 Nút START: Điều này thực hiện chương trình và vận hành robot Chương trình được chạy liên tục
3 Nút STOP: Việc này sẽ dừng robot ngay lập tức servo không TẮT
4 Nút RESET: Điều này sẽ đặt lại lỗi Điều này cũng đặt lại trạng thái tạm dừng của chương trình và đặt lại chương trình
5 Nút dừng khẩn cấp: Việc này sẽ dừng robot ở trạng thái khẩn cấp servo TẮT
6 Nút CHNGDISH: Việc này thay đổi các chi tiết hiển thị trên bảng hiển thị theo thứ tự "Overide"
7.Nút END: Điều này dừng chương trình đang được thực thi ở dòng cuối cùng hoặc câu lệnh END
8 Nút SV ON: Việc này sẽ BẬT nguồn servo (Servo BẬT.)
9 Nút SV OFF: Việc này sẽ TẮT nguồn điện servo (Servo TẮT.)
10 Trạng thái thông số: Số cảnh báo, số chương trình, giá trị ghi đè %), eto., được hiển thị
11 Đầu nối kết nối T/B: Đây là đầu nối chuyên dụng để kết nối T/B Khi không sử dụng T/B, hãy kết nối đầu nối giả kèm theo
12 Chuyển chế độ: Điều này làm thay đổi chế độ hoạt động của robot Các hoạt động từ bộ điều khiển hoặc thiết bị bên ngoài đều hợp lệ Hoạt động cho chế độ hoạt động phải ở thiết bị bên ngoài hoặc không thể thực hiện được T/B là cần thiết để thiết lập tham số cho quyền hoạt động để kết nối giữa bảng điều khiển và thiết bị bên ngoài Để biết chi tiết, vui lòng tham khảo “HƯỚNG DẪN HƯỚNG DẪN/Giải thích chi tiết về chức năng và hoạt động của khối lượng riêng biệt
Chạy bằng tay: Khi T/B hợp lệ thì chỉ các thao tác từ T/B mới hợp lệ Hoạt động cho chế độ hoạt động phải có ở thiết bị bên ngoài hoặc bộ điều khiển không được đặt khối lượng riêng biệt
13 Nút UP/DOWN: Thao tác này sẽ cuộn lên hoặc xuống các chi tiết được hiển thị trên bảng hiển thị "STATUS NUMBER"
14 Giao diện hỗ trợ: Không được sử dụng trong bộ truyền động này Vui lòng sử dụng đóng nắp này, vì để ngăn chặn sự suy giảm hiệu suất bảo vệ
15 Vỏ thiết bị đầu cuối: Thiết bị đầu cuối kết nối cáp nguồn chính
16 Cửa hút gió tuần hoàn để làm mát bên trong
Hình 2 19: Bảng điều khiển bằng tay
1 (Emergency stopĐ switch Robot servo TẮT và hoạt động dừng ngay lập tức
2 (Enable/ Disable) switch Phù thủy này thay đổi thao tác phím T/B giữa bật và tắt
3 (Enable) switch: Khi công tắc (Bật/Tắt) "2)" được bật và phím này được được thả ra hoặc ấn mạnh, servo sẽ TẮT và hoạt động sẽ dừng lại ngay lập tức
4 LCD display panel: Trạng thái robot và các menu khác nhau được hiển thị
5 Status display panel: Hiển thị trạng thái của robot hoặc T/B
6 (F1, F2, F3, F4): Thực hiện chức năng tương ứng với từng chức năng hiện đang được hiển thị trên LCD
7 FUNCTION: Thay đổi chức năng hiển thị của LCD
8 STOP key: Thao tác này sẽ dừng chương trình và giảm tốc độ cho robot đến mức dừng lại
9 OVRD UP, OVRD DOWN key: Thay đổi tốc độ di chuyển Tốc độ tăng lên bằng phím [OVRD 1] Tốc độ đi xuống bằng phím [OVRD I]
10 JOB operation key: Di chuyển robot theo chế độ chạy bộ Và, nhập giá trị số
11 SERVO key: Nhấn phím này và giữ nhẹ phím AA, khi đó nguồn servo sẽ bật
12 Monitor key: Nó chuyển sang chế độ màn hình và hiển thị menu màn hình
13 JOB key: Nó trở thành chế độ chạy bộ và hiển thị hoạt động chạy bộ
14 HAND key: Nó trở thành chế độ tay và hiển thị thao tác tay
15 CHAR key: Thao tác này sẽ thay đổi màn hình chỉnh sửa và thay đổi giữa các số và ký tự chữ cái
16 RESET key: Điều này đặt lại lỗi Việc thiết lập lại chương trình sẽ được thực hiện nếu phím này và phím EXE được nhấn
17 Di chuyển con trỏ theo từng hướng
18 CLEAR key: Xóa một ký tự ở vị trí con trỏ
19 EXE key: Hoạt động đầu vào được cố định Và khi nhấn phím này, robot sẽ di chuyển khi ở chế độ trực tiếp
20 Number/Character key: Xóa một ký tự ở vị trí con trỏ Và, nhập số-ber hoặc nhân vật
2.4.1 Cấu trúc tổng thể của CPU Q172
Hình 2 20: Cấu trúc tổng thể CPU Q172
2.4.2 Sơ đồ IN/OUT của CPU Q172
Hình 2 21: Sơ đồ đấu nối IN/OUT của CPU Q172
2.4.3 Cấu Tạo Của Động Cơ Servo AC
AC Servo Motor được cấu tạo từ 3 bộ phận chính:
Bộ điều khiển của động cơ Servo gồm màn hình, các nút bấm, các thiết bị tiếp nhận và truyền thông tin Bộ điều khiển động cơ Servo AC có chức năng tiếp nhận các thông tin về tốc độ, vị trí, moment được truyền về và hiển thị trên màn hình chính Từ đó, người sử dụng có thể dễ dàng tùy chỉnh các thông số hoặc lập trình PLC để động cơ hoạt động 1 cách thích hợp với từng loại hình công việc
Hình 2 22: Driver điều khiển động cơ Servo AC
Bộ khuếch đại Servo được gắn chung với bộ điều khiển để tạo thành 1 khối Bộ khuếch đại có chức năng tiếp nhận thông tin dưới dạng code từ bộ mã hóa sau đó chuyển về bộ điều khiển và hiển thị lên màn hình Ngoài ra, chức năng chính của bộ khuếch đại là liên tục sử đổi kết quả thực tế để giảm mức chênh lệch sau đó điều khiển động cơ hoạt động Đây chính là tính năng mang lại sự khác biệt lớn nhất của động cơ AC Servo với các loại động cơ
72 khác, khả năng tự động hóa cực cao mang lại tính chính xác mà ta có thể nhận thấy từ các sản phẩm của máy cắt CNC
❖ Thiết Bị Dò Và Dẫn Động
Tách rời và được nối với 2 bộ phận trên thông qua dây dẫn, có thể nói đây là trái tim của Động Cơ Servo AC Gồm 2 phần: Động cơ và bộ mã hóa Động cơ của nó được cấu tạo từ Rotor và Stator, bao gồm cuộn dây dẫn thứ cấp (nhôm hoặc đồng), nam châm, phanh điện từ, trục dẫn động hoạt động theo nguyên lý ứng dụng nam châm vĩnh cữu Bộ mã hóa hay còn gọi là Encoder sẽ tiếp nhận thông tin từ động cơ rồi chuyển về dạng mã hóa (code) sau đó truyền đi để xử lý và ngược lại Động Cơ AC Servo còn có thể được trang bị thêm phanh tái sinh để giảm tốc độ khi cần và tái sinh dòng điện để sử dụng, là loại ưu việt nhất trên thị trường về tiết kiệm điện năng
❖ Sơ đồ điều khiển từ CPU đến Servo
Hình 2 23: Sơ đồ kết nối CPU đến Servo
❖ Sơ đồ từ khuếch đại servo đến động cơ servo
Hình 2 24: Sơ đồ khuếch đại động cơ Servo
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ ROBOT ĐÁNH BÓNG
Nguyên lý hoạt động của robot đánh bóng
Thiết kế robot để đưa vật liệu cần đánh bóng vào trong bồn chứa hạt mài
Sử dụng robot 6 bậc tự do với 6 động cơ servo với khâu cuối là tay gắp vật liệu
Nguyên lý làm việc của robot: Robot sẽ thực hiện các chuyển động cần thiết bao gồm nhặt vật liệu, di chuyển đến bồn chứa hạt mài, đưa vật liệu vào bồn và tiến hành chuyển động quay qua lại khâu cuối nhằm điều chỉnh đánh bóng ở nhiều góc độ Việc đưa vật liệu vào trong bồn chứa hạt mài đang xoay với tốc độ cao sẽ khiến bề mặt vật liệu ma sát với các hạt mài từ đó đạt độ bóng mong muốn
Các bước chuyển động của robot:
Bước 1: Tay gắp robot tại vị trí Home đã được thiết lập (Điểm 1)
Tay gắp robot tại điểm 1
Bước 2: Tay gắp của robot tiến đến vị trí gắp vật liệu (Điểm 2)
Tay gắp robot tại điểm 2
Bước 3: Tay gắp robot đi xuống, kẹp vật liệu (Điểm 3)
Bước 4: Tay gắp nhấc vật liệu lên và đưa vào bồn đánh bóng (Điểm 4,5,6)
Tay gắp robot ở các điểm 4,5,6
Bước 5: Robot thực hiện chuyển động quay qua lại khâu cuối
Tay gắp robot chuyển động xoay tại điểm 6
77 Bước 6: Robot ngừng quay khớp 5, nhấc vật liệu đã dược đánh bóng ra khỏi bồn đánh bóng và đưa đến vị trí thành phẩm (Điểm 7,8,9)
Tay gắp robot tại các điểm 7,8,9
Bước 7: Robot nhả vật liệu, tay gắp đưa lên và quay trở lại vị trí Home Kết thúc chu trình làm việc
Robot kết thúc chu trình làm việc
Tính toán robot
Theo cấu trúc động học, robot được chia ra làm hai loại: robot cấu trúc động học nối tiếp và robot cấu trúc động học song song Robot được gọi là robot cấu trúc động học nối tiếp (Serial Robot) hay robot động học vòng hở (Open Loop Robot) nếu sơ đồ cấu trúc động học của nó hình thành nên chuỗi hở; robot song song (Parallel Robot) hay robot động học song song (Parallel Kinematic Robot) hay robot động học kín (Closed loop Robot) nếu các khâu hình thành nên chuỗi động học kín Robot động học hỗn hợp bao gồm cả hai chuỗi động học kín và hở
Robot MELFA RV 2SQ là tay máy động học nối tiếp Như một hệ thống cơ khí, nó là tập hợp các vật cứng kết nối với nhau thông qua các khớp
Bảng 3 1: Đặc tính của cơ cấu nối tiếp
TT ĐẶC TÍNH CƠ CẤU NỐI TIẾP
1 Khâu Chuỗi động học hở
2 Không gian làm việc Lớn
3 Bài toán động học thuận Chỉ một đáp án (lời giải)
4 Bài toán động học nghịch Nhiều đáp án (lời giải)
5 Bố trí cơ cấu chấp hành Nối tiếp
6 Phân tích nghiệm dị biệt Đơn giản
7 Tính cứng vững của cấu trúc Thấp
8 Ảnh hưởng của động lực Nhiều
3.1.1.1 Phương trình động học robot
Bước 1: Chọn hệ tọa độ cơ sở, gắn các hệ tọa độ trung gian lên các khâu
Ta đưa khâu 3 về trùng gốc với khâu để thuận tiện trong việc tính toán và chọn hệ tọa độ cơ sở, gắn các hệ tọa độ trung gian lên các khâu
Hình 3 1: Đặt hệ tọa độ cho các khâu
Bước 2: Lập bảng thông số DH:
Bảng 3 2: Bảng thông số DH (1)
Với: di là khoảng cách từ xi-1 đến xi
𝜃 𝑖 là góc quay quanh trục zi-1 đến xi-1 cùng phương xi
𝛼 𝑖 là góc quay quanh trục xi-1 đến zi-1 trùng với zi ai là khoảng cách từ xi-1 đến xi
Bước 3: Xác định các ma trận A i
+ Từ công thức tổng quát ta có:
Ai = [ cos 𝜃 − sin 𝜃 cos 𝛼 sin 𝜃 sin 𝛼 𝑎 cos 𝜃 sin 𝜃 cos 𝜃 cos 𝛼 − cos 𝜃 sin 𝛼 𝑎 sin 𝜃
Ta có các ma trận Ai (i = 1÷5) thay vào (3.1) ta được:
Bước 4: Tính các ma trận T và viết phương trình động học robot
Nhân A1 với T5 sau đó cân bằng với các phần tử T5 = [
Phương trình động học của robot: nx = 𝐶 1 [𝐶 2 (𝐶 4 𝐶 5 𝐶 6 − 𝑆 4 𝑆 6 ) − 𝑆 2 𝑆 5 𝐶 6 ] - 𝑆 1 (𝑆 4 𝐶 5 𝐶 6 + 𝐶 4 𝑆 6 ) ny = 𝑆 1 [𝐶 2 (𝐶 4 𝐶 5 𝐶 6 − 𝑆 4 𝑆 6 ) − 𝑆 2 𝑆 5 𝐶 6 ] + 𝐶 1 (𝑆 4 𝐶 5 𝐶 6 + 𝐶 4 𝑆 6 ) nz = - 𝑆 2 (𝐶 4 𝑆 5 𝐶 6 − 𝑆 4 𝑆 6 ) - 𝑆 2 𝑆 5 𝐶 6
Oz = 𝑆 2 (𝐶 4 𝑆 5 𝐶 6 + 𝑆 4 𝐶 6 ) + 𝐶 2 𝑆 5 𝐶 6 ax = 𝐶 1 (𝐶 2 𝐶 4 𝑆 5 + 𝑆 2 𝐶 5 ) - 𝑆 1 𝑆 4 𝑆 5 ay = 𝑆 1 (𝐶 2 𝐶 4 𝑆 5 − 𝑆 2 𝐶 5 ) + 𝐶 1 𝑆 4 𝑆 5 az = -𝑆 2 𝐶 4 𝑆 5 + 𝐶 2 𝐶 5 px = 𝐶 1 𝑆 2 𝑑 3 − 𝑆 1 𝑑 2
3.1.1.2 Bài toán động học ngược
Giải phương trình động học của robot bằng phương pháp hình học, chúng ta cần tìm ra các biến khớp khi đã biết ma trận vecto cuối T5
Với thiết kế động học như trên, các khớp 2, 3, 4 giúp điểm tác động cánh tay chuyển động trong một mặt phẳng, vùng hoạt động có dạng hình tròn
Kết hợp với khớp thứ 1, vùng làm việc của cánh tay có dạng hình cầu
Hình 3 2: Vùng làm việc của robot
Từ ma trận T5 ta dễ dàng tìm ra biến khớp thứ nhất
Xoay cánh tay quay trục tọa độ O0z0 một góc 𝜃 1 Ma trận tọa độ điểm cuối của cánh tay sau khi biến đổi:
T’5 = Rot(z0, 𝜃 1 ) T5 (3.4) Lúc này toàn bộ cánh tay nằm trong mặt phẳng O0x0z0.
Không mất tính tổng quát, để đơn giản bài toán ta giả sử rảng cánh tay đang ở vị trí biến khớp 𝜃 1 = 0 với ma trận cuối của cánh tay là:
Việc tiếp theo phải làm là đi tìm các biến khớp 𝜃 2 , 𝜃 3 , 𝜃 4 , 𝜃 5
Hình 3 3: Sự biến đổi các hệ tọa độ khi cánh tay chuyển động Điểm O1 trong hệ tọa độ O0 có tọa độ: O1 = [0, 0, ℎ 1 , 1] 𝑇 Điểm O3 trong hệ tọa độ: O35 = [0, 0, −ℎ 4 , 1] 𝑇
Hệ tọa độ O5 có quan hệ với tọa độ O0 bằng ma trận 𝑇 5 ′
Do đó điểm O3 trong hệ tọa độ O0 có tọa độ:
Từ tọa độ điểm O1 và O3 ta có thể suy ra tọa độ điểm O2 bằng phương pháp hình học Cả 3 điểm O1, O2, O3 đều nằm trên mặt phẳng O0x0z0 nên việc tìm ra tọa độ điểm O2 là khả thi ( điều kiện tồn tại nghiệm là O1O3 ≤ h2 + h3)
Hình 3 4: Tọa độ khả thi O2
Sau khi tìm được tọa độ O2, ta có vecto 𝑂⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 1 𝑂 2 = [𝑥 2 − 𝑥 1 , 0, 𝑧 2 − 𝑧 1 , 1]
𝜃 3 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛2(𝑧 3 − 𝑧 2 , 𝑥 3 − 𝑥 2 ) − 𝜃 2 Điểm O5 trong hệ tọa độ O0:
Hệ tọa độ O0 có quan hệ với hệ tọa độ O3 bằng ma trận:
Vì đã xác định được các biến khớp 1, 2, 3 nên ta dễ dàng tính được ma trận A1, A2, A3 từ đó tính được 3 T0
87 Điểm O5 trong hệ tọa độ O3:
Từ đó ta có biến khớp:
Từ các biến khớp 1, 2, 3, 4 ta tính được ma trận
A5 = [𝐴 1 𝐴 2 𝐴 3 𝐴 4 ] −1 𝑇 5 ′ (3.10) Đây là ma trận biểu diễn quan hệ giữ hệ tọa độ O5 và hệ tọa độ O4, lấy kết quả phép tính trên so sánh với biểu thức 2-1, cân bằng tương ứng hai giá trọ ở hàng 1 và 2 của cột 1 của hai ma trận ta sẽ có được sin 𝜃 5 , cos 𝜃 5 từ đó tính được: θ 5 = arctan2(sin θ 5 / cos θ 5 ) (3.11)
Như vậy ta đã giải xong bài toán động học ngược bằng phương pháp hình học kết hợp với lượng giác
Bài toán động lực học robot có thể được xem là bài toán động lực học hệ nhiều vật rắn tuyệt đối Có nhiều phương pháp để tính bài toán động lực học như cơ học Lagrange, nguyên lý công ảo, cơ học Hamilton.Động lực học của tay máy được viết dưới dạng vector của phương trình vi phân bậc hai và có thể chuyên sang dạng mô tả biến trạng thái Mô tả biến trạng thái là phương trình vector vi phân cấp 1 được sử dụng rộng rãi trong việc phát triển sơ đồ điều khiển tay máy
Chúng ta xét động lực học robot khi nó có liên hệ với gia tốc, tải trọng, khối lượng và lực quán tính
Ta chọn tay gắp robot theo khối lượng, kích thước và bề mặt vật kẹp Do khối lượng vật kẹp và kích thước không lợn nên ta chọn tay kẹp với thông số sau:
- Chất liệu: nhôm hợp kim vừa nhẹ vừa có kết cấu chắc chắn
- Chiều dài tối đa: 108 mm
- Chiều rộng tối đa: 98 mm
- Độ mở rộng tối đa: 55mm
Tay gắp này thích hợp để kẹp vật có kích thước tối đa 50mm, khối lượng 2kg Tùy vào bề mặt vật nâng mà lực kẹp có thể tùy khi động cơ sevor quay
Bước 2: Nguyên tắc chung chính chọn hệ dẫn động
- Thiết kế chi tiết từng khâu, khớp từ khớp trên cùng đến khớp thấp nhất
- Thiết kế chi tiết hệ dẫn động và kết cấu cho từng khâu, khớp theo các bước sau:
+ Chọn vị trí nguy hiểm nhất, lực ma sát trên ổ trục sinnh ra lớn nhất và momen sinh ra do trọng lượng của khâu tiếp theo là lớn nhất Thông thường là vị trí cánh tay nằm ngang
+ Vẽ sơ đồ phân bố lực và tính được momen sinh ra trên trục
+ Chọn động cơ theo momen làm việc, tốc độ, kích thước cánh tay + Phân phối lại tỷ số truyền nếu cần
+ Thiết kế chi tiết trên phần mềm NX, gán vật liệu tính khối lượng của từng khâu chứa trục khớp
Bước 3: Phân tích lực do trọng trường tác dụng lên trục
89 Sau khi ta tính toán chọn động cơ cấu phù hợp cho các trục khớp, ta thiết kế chi tiết các khâu này trên phần mềm NX Gán vật liệu cho từng chi tiết sau đó đo được khối lượng các chi tiết theo bảng sau:
Bảng 3 3: Khối lượng các khâu sau khi tính toán
Chọn vị trí nguy hiểm chính là các khâu 2, 3, 4, 5, 6 duỗi thẳng ở vị trí nằm ngang, lúc này momen tính do trọng trường gây ra là lớn nhất:
Hình 3 5: Sơ đồ lực đặt vào đầu ra trục khớp 2 ở trạng thái giữ
- Pv là trọng lượng vật nâng Pv = 2.9,8 = 19,6 N
- P2 là trọng lượng của các khâu 2 P2 = 4.9,8 = 39,2 N
- P3 là trọng lượng của các khâu 3 P3 = 7.9,8 = 68,6 N
- P4 là trọng lượng của các khâu 4 P4 = 5.9,8 = 49 N
- P5 là trọng lượng của các khâu 5 P5 = 5.9,8 = 49 N
- P6 là trọng lượng của các khâu 6 P6 = 1,3.9,8 = 12,74 N
Thiết kế hệ thống cơ khí
Bước 1: Thiết kế chân đế robot
Chân đế robot là khu vực quan trọng dùng để gắn kết các bộ phận khác của robot như các thiết bị điện tử, cảm biến, tay robot, hoặc các công cụ khác Chân đế robot cần tuân thủ một số yêu cầu kỹ thuật như sau:
- Vật liệu và độ bền: Mặt chân đế phải được làm từ những vật liệu chắc chắn như nhôm, sắt, thép không gỉ để đảm bảo độ bền Chân đế phải chịu được tải trọng của tay máy robot cũng như các thiết bị và công cụ gắn gắn trên nó mà không bị cong vênh hay biến dạng
- Độ phẳng và độ cứng: Mặt bàn phải phẳng và cứng để đảm bảo các thiết bị trên đó hoạt động chính xác
- Kích thước và hình dạng của mặt đế phải phù hợp với yêu cầu cụ thể của robot, đảm bảo đủ không gian cho robot làm việc
Hình 0.1 Thiết kế 3D mặt chân đế robot
- Diện tích mặt đế : 150x150cm
- Độ dày mặt đế: 10cm
Bước 2: Xác định vị trí gắn tay robot
Sau khi xác định nhiệm vụ của robot và yêu cầu cụ thể Ta xác định vị trí khoan lỗ và bắt vít tay máy robot trên mặt đế thông qua bản vẽ thiết kế phần chân đế robot
Ta xác định vị trí cũng như kích thước của 4 lỗ để tiến hành khoan như hình dưới
92 Bước 3: Khoan lỗ và bắt vít phần chân đế robot
Thiết kế hệ thống điều khiển
3.4.1 Quy trình thiết kế hệ thống
3.4.2 Thiết kế mạch điện điều khiển
Hình 3 6: Mạch điện điều khiển
- Mạch điện điều khiển sử dụng 4 bộ CP ( Cỉrcuit Protector ) hoạt động như cầu chì để gắt mạch khi dòng điện vượt quá mức định trước, từ đó bảo vệ các thiết bị và người sử dụng
- Bộ điều khiển chính sử dụng nguồn vào 1 pha 110V
- Trên mạch CP2 sử dụng bộ chuyển nguồn 24V để cấp nguồn điện cho đầu vào và đầu ra Mục đích của mạch này cũng dùng để thay đổi cấu hình điều khiển Khi ở nút nhấn FlS1 ( Flexible Logic Configuration ) dùng để tùy chỉnh logic cho bộ điều khiển phức tạp và các trường hợp điều biệt Khi nút nhấn DOG1/CHANGE8 được bật, nút FLS1 mở ra ngắt dòng điện, Chế độ này cho phép bạn điều khiển trực tiếp 8 cổng đầu ra số từ cổng đầu vào số Khi một tín hiệu đầu vào được kích hoạt, nó sẽ gửi một tín hiệu ra tới cổng đầu ra tương ứng mà không cần thông qua logic xử lý nào khác
- Mạch điện CP3 nhiệm vụ chính là bật tắt các động cơ servo Khi nút Start được bật, các cuộn dây trên contactor có điện Tiếp điểm thường mở contactor 1 đóng lại duy trì dòng điện đến các động cơ Để tắt hoạt động cần ấn nút Stop hoặc EMG, ngoài ra có thể ngắt dòng điện đến hoạt động đầu vào/ đầu ra
3.4.3 Thiết kế mạch điện kết nối bộ khuếch đại servo
Hình 3 7: Mạch điện kết nối bộ khuếch đại servo
- Khi cuộn dây contactor có điện, 3 chân tiếp điểm sẽ cho dòng điện đi qua cung cấp nguồn cho bộ khuếch đại servo 5 chân L1, L2, L3, L11, L21 dùng để lấy điện đầu vào Chân CN1A/ CN1B ược sử dụng để cấu hình và điều khiển bộ khuếch đại servo thông qua các giao thức và phần mềm cụ thể được cung cấp bởi nhà sản xuất Chân U,V,W là chân đầu ra dành cho các pha của động cơ servo Sự kết hợp của các tín hiệu trên các chân này giúp điều khiển vị trí và tốc độ quay của động cơ servo
- 2 chân DI/DO là các chân kết nối với tín hiệu số, bao gồm đầu vào số (DI) và đầu ra số (DO), được sử dụng để kiểm soát các tín hiệu điện trên các thiết bị ngoại vi hoặc trong hệ thống
- Chân ALM là phát hiện các sự cố như quá tải, quá tốc độ, mất kết nối Khi đấy cuộn dây kí hiệu RA có điện, các tiếp điểm thường mở đóng lại, phanh điện tử hoạt động, dừng hoạt động của động cơ
3.4.4 Mạch thiết kế hệ thống cho IO của bộ điều khiển
Hình 3 8: Mạch hệ thống IO cho bộ điều khiển
- Bộ điều khiển Robot sử dụng nguồn AC/DC Nguồn điện đến CPU và các mô-đun đầu vào/ đầu ra đều phải đi qua bộ chuyển nguồn 24V
- Khi ấn nút Start , cuộn dây MC có điện, tiếp điểm MC duy trì dòng điện đi qua đến CPU
- SM52: một loại module nối tiếp được sử dụng để mở rộng các chức năng của bộ điều khiển Module này thường được sử dụng để kết nối với các thiết bị ngoại vi hoặc các cảm biến ngoại vi để mở rộng khả năng giao tiếp hoặc chức năng của hệ thống
- XM: để kết nối với các thiết bị ngoại vi hoặc mở rộng chức năng của bộ điều khiển
- SM403: một loại module nối tiếp được sử dụng để mở rộng chức năng giao tiếp của bộ điều khiển
- TM: được sử dụng để mở rộng khả năng điều khiển và giám sát của bộ điều khiển
3.4.5 Thiết kế mạch nguồn điện
Phần này mô tả sự phối hợp bảo vệ và các kỹ thuật triệt nhiễu cho mạch nguồn điện
(1) Phân tách và phối hợp bảo vệ (bảo vệ dòng rò, bảo vệ quá dòng) của các đường dây nguồn điện Phân tách đường dây cho các nguồn điện hệ thống nhiều CPU từ các đường dây cho các thiết bị I/O và các bộ khuếch đại servo như hình dưới đây Khi có nhiều nhiễu, kết nối một biến áp cách điện
Hình 3 9: Mạch bảo vệ dòng rò, bảo vệ quá dòng
(2) Nối đất Hệ thống chuyển động có thể bị lỗi do bị ảnh hưởng bởi các loại nhiễu như nhiễu đường dẫn điện từ các đường dây nguồn điện, bức xạ và gây ra nhiễu từ các thiết bị khác, các bộ khuếch đại servo và cáp của chúng, và nhiễu điện từ dây dẫn Để tránh trục trặc, nối đất cho từng thiết bị và các vỏ bọc nối đất của cáp có vỏ bọc tới đất Đối với nối đất, sử dụng các dây dẫn đầu cực nối đất riêng cho từng thiết bị hoặc phương pháp nối đất đơn điểm để tránh tiếp đất bằng đấu dây chung vì nhiễu có thể xâm nhập từ các thiết bị khác do trở kháng chung
3.4.6 Thiết kế mạch an toàn
(1) Ý tưởng của mạch an toàn Khi hệ thống nhiều CPU được cấp điện bật hoặc tắt, đầu ra điều khiển thông thường có thể không được thực hiện trong giây lát do sự chậm trễ hoặc một sự khác biệt thời gian khởi động giữa nguồn điện hệ thống nhiều CPU và nguồn điện bên ngoài (riêng DC) cho các mục tiêu điều khiển Ngoài ra, một hoạt động bất thường có thể xuất hiện nếu một lỗi nguồn điện bên ngoài hoặc Bộ điều khiển chuyển động xảy ra Để ngăn chặn bất kỳ hoạt động bất thường mà dẫn đến các hoạt động bất thường của toàn bộ hệ thống và trong một vùng không an toàn, khu vực có thể dẫn đến sự cố máy và tai nạn do các hoạt động bất thường (ví dụ như dừng khẩn cấp, bảo vệ và các mạch khóa liên động) nên được xây dựng bên ngoài hệ thống nhiều CPU
(2) Mạch dừng khẩn cấp Mạch điện nên được xây dựng bên ngoài của hệ thống nhiều CPU hoặc bộ khuếch đại servo Ngắt nguồn điện bộ khuếch đại servo bên ngoài bởi mạch này, làm cho hệ thống phanh điện từ của động cơ servo hoạt động
(a) Có thể cưỡng bức dừng tất cả các bộ khuếch đại servo trong một khối bằng cách sử dụng đầu vào cưỡng bức dừng của mô-đun đầu vào Sau khi cưỡng
103 bức dừng, yếu tố cưỡng bức dừng được loại bỏ và cưỡng bức dừng được dừng lại (Tín hiệu phát hiện lỗi servo không bật với với cưỡng bức dừng.) Đầu vào cưỡng bức dừng có thể không bị vô hiệu hóa trong cài đặt thông số của cài đặt hệ thống Chế tạo cáp đầu vàocưỡng bức dừng trong phạm vi 30[m](98.43[ft.])
Ví dụ đấu dây cho đầu vào cưỡng bức dừng mô-đun CPU chuyển động được trình bày dưới đây
Hình 3 11: Mạch cưỡng bức dừng 1
(Lưu ý): Đầu vào cưỡng bức dừng có thể không hợp lệ trong các cài đặt hệ thống
(Lưu ý-1): Có thể có cả “+” và ”-” cho nguồn điện cấp
(b) Có thể cưỡng bức dừng tất cả các bộ khuếch đại servo trong một khối bằng cách sử dụng đầu vào cưỡng bức dừng của mô-đun đầu vào Sau khi cưỡng bức dừng, yếu tố cưỡng bức dừng được loại bỏ và cưỡng bức dừng được dừng lại (Tín hiệu phát hiện lỗi servo không bật với với cưỡng bức dừng.) Đầu vào cưỡng bức dừng có thể được thiết lập bằng cách phân bổ số lượng thiết bị trong cài đặt thông số của cài đặt hệ thống Khi thiết bị được sử dụng, cấp điện áp
104 24VDC trên đầu nối EMI và vô hiệu hóa đầu vào cưỡng bức dừng của đầu nối EMI
Ví dụ đấu dây sử dụng đầu vào cưỡng bức dừng của mô-đun đầu vào (QX10) được trình bày dưới đây
Hình 3 12: Mạch cưỡng bức dừng 2
(c) Cũng có thể sử dụng các tín hiệu cưỡng bức dừng của bộ khuếch đại servo Tham khảo sách hướng dẫn sử dụng của bộ khuếch đại servo về công suất động cơ servo Trạng thái vận hành của dừng khẩn cấp và cưỡng bức dừng như sau
Hình 3 13: Trạng thái vận hành của dừng khẩn cấp và cưỡng bức dừng
Lập trình bằng phần mềm RT ToolBox 3
3.5.1 Giới thiệu phần mềm RT ToolBox 3
RT ToolBox 3 là phần mềm tạo chương trình và hỗ trợ kỹ thuật toàn diện để phát triển chương trình dành cho robot công nghiệp MELFA của MITSUBISHI RT ToolBox 3 dành cho máy tính cá nhân và hỗ trợ các giai đoạn thiết lập, gỡ lỗi và vận hành hệ thống
Hình 3 14: Giao diện phần mềm RT ToolBox 3
Chức năng chính của phần mềm RT ToolBox 3:
- Tạo và chỉnh sửa chương trình
- Kiểm tra môi trường hoạt động trước khi lắp đặt Robot
- Mô pỏng hoạt động của robot trên máy tính
- Ước tính thời gian chu kỳ
- Gỡ lỗi khi khởi động robot
- Giám sát trạng thái và lỗi của robot trong quá trình vận hành
Màn hình thao tác của phần mềm RT ToolBox 3
Hình 3 15: Màn hình thao tác của phần mềm RT ToolBox 3
Các tính năng của nó bảo gồm thanh ribbon, cửa sổ đầu ra và khung gắn đế, giúp xem thông tin và sử dụng phần mềm dễ dàng hơn Các thao tác trên màn hình điều khiển 3D giúp việc sử dụng màn hình trở nên trực quan hơn
3.5.2 Sử dụng phần mềm RT ToolBox 3
Khởi tạo chương trình điều khiển robot RV-2SQ-S80 bằng phần mềm RT
Hình 3 16: Khởi tạo chường trình điều khiển
Lựa chọn phương thức giao tiếp, địa chỉ giao tiếp giữa máy tính với Robot
Hình 3 17: Lựa chọn phương thức giao tiếp với Robot
108 Giao diện mô phỏng chính Robot và bảng điều khiển giả lập điều khiển tọa độ theo trục X,Y,Z hoặc vị trí của 6 trục servo
Hình 3 18: Giao diện mô phỏng chính của Robot
Hình 3 19: Giao diện lập trình trên phần mềm điều khiển Robot đến các vị trí đã được thiết lập sẵn
M10=0 'Reset M10 Point PickUp Servo On
112 Tọa độ các vị trí cần đến được gán vào kí hiệu vị trí trên chương trình
Hình 3 20: Tọa độ các vị trí cần đến thực tế Đầu output, input thể hiện hoạt động của tín hiệu đầu vào và tín hiệu đầu ra của con Robot Ở đây, đầu out số 1 hiện màu đỏ thể hiện bộ điều khiển đang gửi tín hiệu đến van khí cho tay kẹp hoạt động
Hình 3 21: Tín hiệu Input và Output của Robot
Lưu đồ thuật toán
THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG
Sơ đồ thử nghiệm hệ thống
Kiểm tra các yêu cầu chạy thử nghiệm hệ thống Kiểm tra mục đích của việc chạy thử nghiệm.
Chuẩn bị trước khi tiến hành chạy thử nghiệm
Kiểm tra các thông số cơ bản của hệ thống
Nguồn nhân lực phục vụ cho công tác chạy thử nghiệm
Chuẩn bị đầy đủ các phương tiện thiết bị, dụng cụ, thiết bị kiểm tra khi tiến hành việc chạy thử nghiệm robot
Kiểm tra công tác an toàn
Kiểm tra hồ sơ đầy đủ trước khi tiến hành chạy thử
Kiểm tra nguồn điện chạy thử…
Trình tự chạy thử nghiệm hệ thống băng tải cần tuân theo chặt chẽ Kiểm tra bề ngoài của hệ thống Robot
Chạy thử bằng bảng điều khiển bằng tay
Lắp ráp hệ thống điều khiển
Dưới dây là sơ đồ kết nối bộ điều khiển robot với các thiết bị ngoại vi Sử dụng phần mềm RT ToolBox 3 từ máy tính cá nhân để tạo chương trình và điều khiển robot
Hình 4 1: Sơ đồ kết nối bộ điều khiển với các thiết bị ngoại vi
Quy tắc và chú ý an toàn trong hoạt động sản phẩm
4.3.1 Quy tắc an toàn trên cánh tay robot công nghiệp
Robot công nghiệp là sản phẩm công nghệ cao với độ phức tạp lớn, một lỗi hệ thống có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng cho cả con người và thiết bị làm việc Do đó, yêu cầu tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn của robot công nghiệp là vô cùng quan trọng
Robot MELFA RV 2SQ có các chức năng dừng hoạt động bằng việc tự chuẩn đoán (Self – diagnosis stop functions)
Bảng 4 1: Tính năng an toàn trên cánh tay Robot
STT Chức năng Mô tả Ghi chú
1 Bảo vệ quá tải Kích hoạt khi tổng thời gian
Mạch truyền động bị ngắt Robot dừng hoạt động và hiển thị cảnh báo
2 Xác định quá dòng Kích hoạt khi có quá dòng chạy vào mạch động cơ
3 Xác định lỗi mất kết nối với Encoder
Kích hoạt khi dây cáp của encoder bị mất kết nối
4 Xác định sự sai lệch
Kích hoạt khi có sai số giữa giá trị đầu vào và vị trí thực tế và sai số vượt quá giá trị cho phép
5 Xác định sụt điện áp xoay chiều
Kích hoạt khi điện áp xoay chiều bị sụt dưới giá trị chỉ định
6 Phát hiện lỗi CPU Kích hoạt khi có lỗi xảy ra trong CPU
Ngăn chặn chạy quá mức
Phát hiện hạn chế của phần mềm Đây là giới hạn được cung cấp bởi phần mềm nhằm cho phép robot vận hành chỉ trong phạm vi cho phép
118 Nút dừng cơ học Đây là nút dừng cơ học được cung cấp bên ngoài phần mềm
Robot dừng họat động và kích hoạt chức năng 1 hoặc 2
Bảng 4 2: Các chức năng dừng hoạt động của Robot
Chức năng dừng hoạt động
Tay cầm giảng dạy Đầu vào bên ngoài
Dừng khẩn cấp O O O Đây là sự dừng lại ở mức độ cao nhất trong hình huống khẩn cấp Nguồn điện của động cơ servo bị tắt và các phanh cơ học của các trục kích hoạt để dừng robot Để khôi phục lại, reset cảnh báo và bật lại động cơ servo
Dừng lại O O O Đây là sự dừng lại với một mức độ cao trong tình huống khẩn cấp Robot ngay lập tức hãm và dừng lại
Tuy nhiên nguồn điện của động cơ servo không bị tắt, sử dụng khi dùng cảm biến chống va chạm
Các biện pháp phòng ngừa tai nạn khi sử dụng robot được quy định trong “Quy tắc vệ sinh và an toàn lao động” Một số quy tắc an toàn được đưa ra dưới đây:
+ Đảm bảo đủ không gian làm việc cần thiết để thực hiện các công việc một cách an toàn như giảng dạy và bảo trì liên quan đến robot
119 + Lắp đặt bộ điều khiển bên ngoài không gian chuyển động của robot Nếu có hàng rào an toàn, hãy lắp đặt bên ngoài hàng rào
+ Cài đặt bộ điều kiển ở nơi có thể xem được toàn bộ hoạt động của robot + Lắp đặt đèn hiển thị để báo trạng thái hoạt động của robot
+ Cố định chắc chắn cánh tay robot vào bàn cố định bằng các bu lông được chỉ định
2 Ngăn chặn sự tiếp xúc của của tay máy với người vận hành
+ Lắp hàng rào hoặc buồng an toàn để người vận hành không phạm vào không gian chuyển động của robot
+ Cài đặt chức năng khóa liên động để dừng robot nếu hàng rào an toàn hoặc cửa vây bị mở
+ Tạo ra và tuân thủ quy trình làm việc cho việc giảng dạy, vận hành, kiểm tra robot cũng như các trường hợp khẩn cấp
+ Tạo ra các tín hiệu tay để tuân theo khi một số người vận hành làm việc cùng nhau
+ Đào tạo người vận hành về cách vận hành, bảo trì và an toàn cần thiết cho công việc của robot
5 Kiểm tra hằng ngày và định kỳ
+ Luôn kiểm tra robot trước khi bắt đầu vận hành và xác nhận không có gì bất thường
+ Đặt ra các tiêu chuẩn kiểm tra định kỳ dựa trên môi trường xung quanh và tần suất hoạt động của robot, đồng thời thực hiện kiểm tra định kỳ
4.3.2 Chú ý an toàn khi hoạt động sản phẩm
Trước khi sử dụng sản phẩm, hãy đọc sách hướng dẫn sử dụng và các hướng dẫn sử dụng có liên quan một cách cẩn thận và chú ý đầy đủ đến an toàn để sử dụng sản phẩm một cách chính xác Trong sách hướng dẫn, các hướng dẫn an toàn được xếp hạng là "NGUY HIỂM" và "CẨN TRỌNG"
+ Không mở mặt trước hoặc các nắp đầu cực trong khi nguồn BẬT hoặc bộ phận đang chạy, vì điều này có thể dẫn đến điện giật
+ Không bao giờ chạy các bộ phận với mặt trước hoặc nắp đầu cực bị loại bỏ Đầu cực điện áp cao và các bộ phận đã mang điện sẽ bị lộ ra và có thể dẫn đến điện giật
+ Không mở mặt trước hoặc nắp đầu cực tại các thời điểm mà không đấu dây hoặc kiểm tra định kỳ ngay cả khi nguồn TẮT Bên trong của bộ điều khiển chuyển động và bộ khuếch đại servo đã mang điện và có thể dẫn đến điện giật
+ Hoàn toàn tắt nguồn điện bên ngoài cung cấp được sử dụng trong hệ thống trước khi lắp hoặc tháo mô-đun, thực hiện công việc đấu dây, hoặc kiểm tra Không thực hiện có thể dẫn đến điện giật
+ Khi thực hiện công việc đấu dây hoặc kiểm tra, TẮT nguồn, chờ ít nhất mười phút, và sau đó kiểm tra điện áp với bút thử điện, vv Không thực hiện có thể dẫn đến điện giật
121 + Hãy chắc chắn nối đất cho Bộ điều khiển chuyển động, bộ khuếch đại servo và động cơ servo (Trở kháng đất: 100 hoặc nhỏ hơn) Không nối đất chung với các thiết bị khác
+ Công việc đấu dây và kiểm tra phải được thực hiện bởi một kỹ thuật viên có trình độ
+ Đấu dây các bộ phận sau khi cài đặt Bộ điều khiển chuyển động, bộ khuếch đại servo và động cơ servo Không thực hiện có thể dẫn đến điện giật hoặc thiệt hại
+ Không bao giờ vận hành các chuyển mạch bằng tay ướt, vì điều này có thể dẫn đến điện giật Không làm thiệt hại, đặt ứng suất quá mức, đặt vật nặng lên hoặc các loại cáp nhiều lớp, vì có thể dẫn đến điện giật + Không chạm vào Bộ điều khiển chuyển động, bộ khuếch đại servo hoặc các khối đầu cực động cơ servo trong khi nguồn BẬT, vì có thể dẫn đến điện giật
+ Không chạm vào bộ nguồn, nối đất đã được lắp đặt hoặc các dây tín hiệu của Bộ điều khiển chuyển động và bộ khuếch đại servo, vì có thể dẫn đến điện giật
+ Cài đặt Bộ điều khiển chuyển động, bộ khuếch đại servo, động cơ servo và điện trở tái sinh không cháy Cài đặt chúng trực tiếp hoặc gần với các chất dễ cháy sẽ dẫn đến cháy
+ Nếu một lỗi xảy ra trong Bộ điều khiển chuyển động hoặc bộ khuếch đại servo, TẮT nguồn tại nguồn điện của bộ khuếch đại servo Nếu có dòng điện lớn vẫn tiếp tục chảy, cháy có thể xảy ra
Quy trình vận hành cánh tay robot
(1) Lập kế hoạch và chuẩn bị:
+ Xác định mục tiêu sử dụng robot, bao gồm các nhiệm vụ cần thực hiện và mục tiêu hiệu suất
+ Chuẩn bị môi trường làm việc, bao gồm cài đặt các cảm biến an toàn và bảo vệ
(2) Lập trình và thiết lập ban đầu:
+ Lập trình robot để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể dựa trên mục tiêu và yêu cầu của doanh nghiệp
+ Thiết lập các thông số ban đầu cho robot, bao gồm tốc độ, gia tốc và các thông số khác
(3) Kiểm tra và kiểm định:
+ Kiểm tra và kiểm định robot để đảm bảo rằng tất cả các thành phần hoạt động đúng cách và an toàn
+ Điều chỉnh và kiểm tra cảm biến an toàn và hệ thống điều khiển (4) Triển khai và khởi động:
+ Đặt robot vào vị trí làm việc và kết nối với hệ thống điều khiển + Kiểm tra lại mọi kết nối và điều chỉnh nếu cần thiết trước khi khởi động robot
(5) Vận hành và giám sát:
+ Bắt đầu vận hành robot để thực hiện các nhiệm vụ đã được lập trình + Giám sát hoạt động của robot và kiểm tra các thông số hoạt động để đảm bảo hiệu suất và an toàn
(6) Bảo dưỡng và sửa chữa:
131 + Thực hiện các hoạt động bảo dưỡng định kỳ để duy trì hoạt động ổn định của robot
+ Xử lý các sự cố hoặc hỏng hóc bằng cách thực hiện sửa chữa và thay thế linh kiện khi cần thiết
(7) Tối ưu hóa và đánh giá hiệu suất:
+ Tối ưu hóa cài đặt và các thông số vận hành để tăng cường hiệu suất và tiết kiệm chi phí
+ Đánh giá hiệu suất của robot thông qua việc đo lường và phân tích dữ liệu về thời gian hoạt động, chất lượng sản phẩm và các chỉ số khác
(8) Liên tục cải thiện và phản hồi:
+ Theo dõi và phản hồi từ nhân viên và hệ thống để cải thiện quy trình vận hành và hiệu suất của robot
+ Liên tục cập nhật và nâng cấp robot để đáp ứng được yêu cầu.
Thử nghiệm và đánh giá hoạt động hệ thống
4.5.1 Lựa chọn vật liệu đánh bóng
Sau khi tìm hiểu về các kim loại được sử dụng phổ biến trong công nghệ đánh bóng, nhóm đã quyết định lựa chọn SUS304
Sus304 là đại diện cho thép không gỉ Austenit hay còn gọi là inox304, là loại inox được dùng phổ biến nhất, thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao và khả năng chống ăn mòn tốt Sus304 chứa 18% Crom và 8% Niken, được biết đến với các đặc tính ưu việt và khả năng chống mài mòn, chống gỉ tốt Nó có khả năng chịu nhiệt trong môi trường nhiệt độ cao, vì vậy sus304 được ứng dụng trong ngành: dầu khí, thực phẩm, dược phẩm, dệt nhuộm,
❖ Các ứng dụng của SUS304
So với vật liệu thép, SUS304 có độ bền tương đương và khả năng chống gỉ cực tốt Nó được sử dụng cho các sản phẩm tương đối cao cấp và đắt tiền vì
132 nó đắt và mất thời gian gia công Chính vì thế, nó thường được lựa chọn làm chi tiết máy hay đồ gá…
Inox 304 có khả năng gia công tuyệt vời, khả năng hàn, khả năng chống ăn mòn, chịu nhiệt, độ bền nhiệt độ thấp và các đặc tính cơ học Đồng thời nó cũng được sử dụng để dập hay uốn, không bị cứng khi xử lý nhiệt
SS 304 thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp, trang trí nội thất, thực phẩm và y tế, v.v
Trong các sản phẩm gia dụng, nó được gọi là “thép không gỉ 18-8” và được sử dụng cho bộ đồ ăn như thìa và nĩa
❖ Sức mạnh của SUS304 Độ bền kéo từ 520MPa trở lên (1), cao hơn 400MPa của SS400, là loại thép nhẹ điển hình Tuy nhiên, cường độ năng suất thấp hơn một chút so với
Ngoài ra, SUS304 có đặc tính dễ gia công cứng nên độ bền của nó tăng lên rất nhiều khi gia công nguội
Ví dụ, trong trường hợp vật liệu SUS304-WPB có đường kính từ 0,2 mm trở xuống cho lò xo, được sử dụng bằng cách kéo ra một dây mỏng, độ bền kéo đạt từ 2150 đến 2400 MPa (* 2)
(1): Thanh thép không gỉ JIS G4303
(2): Dây thép không gỉ JIS G4314 cho lò xo
❖ Khả năng chịu nhiệt của SUS304
Nói chung, nhiệt độ giới hạn trên có thể được sử dụng an toàn khi ứng dụng làm chi tiết máy khoảng 450 ° C đến 600 ° C Tuy nhiên, độ bền của nó sẽ giảm khi nhiệt độ tăng Ở 750 ° C, độ bền của nó bằng khoảng 1/3 nhiệt độ bình thường Nó có thể bị biến dạng và ảnh hưởng tới việc sản xuất
Hình 4 2: Hình ảnh vật liệu SUS304 khi chịu nhiệt
Ví dụ, SUS304 được sử dụng làm đồ gá để hàn trong lò nung ở 1050 °
C, nhưng nó dần dần bị biến dạng và không sử dụng được
Ngoài ra, nếu nó được đun nóng ở nhiệt độ 600 ° C đến 800 ° C trong khoảng 10 phút hoặc hơn, nó sẽ dễ bị giãn nở do nhiệt (*) Khiến khả năng chống ăn mòn kém đi Bạn nên cân nhắc trước khi lựa chọn Inox 304 làm chi tiết máy ở các vị trí nhiệt độ cao như thế
Vật liệu đã trải qua quá trình xử lý dẻo (vật liệu rèn, kéo với tốc độ xử lý cao, tấm mỏng, v.v.) cũng dễ giãn nở, biến dạng khi ở nhiệt độ cao trên 450 °
C trong khoảng 1 giờ Đối với nhiệt độ thấp, nó có thể được sử dụng ngay cả ở nhiệt độ ni tơ lỏng ( -196 ℃) mà không lo lắng về độ giòn ở nhiệt độ thấp (Xem phần từ tính bên dưới)
*: Là hiện tượng crom trong kim loại cơ bản bị thiếu (13% trở xuống) do sự kết tủa của cacbua crom, dễ gây ra ăn mòn giữa các hạt và nứt ăn mòn ứng suất giữa các hạt
❖ Khả năng chống ăn mòn SUS304
134 Chống ăn mòn rất tốt trong hầu hết các môi trường oxi hóa Cần chú ý hiện tượng nứt ăn mòn ứng suất xảy ra với tải trọng thấp trong môi trường ăn mòn
Ngoài việc sử dụng ở nhiệt độ cao như trên, cần thận trọng khi hàn
Vật liệu hàn có thể có các vùng bị ảnh hưởng nhiệt của mối hàn nhạy cảm, có thể gây nứt do ăn mòn do ứng suất Độ dẫn nhiệt của SUS304
Trong khi hệ số dẫn nhiệt của vật liệu thép là khoảng 50 W/mK và hợp kim nhôm là khoảng 120-200 W/mK, thì độ dẫn nhiệt của SUS304 thấp tới 16 W/mK (nhiệt độ bình thường) Ứng dụng đơn giản: Xoong nồi inox giữ nhiệt lâu hơn nồi nhôm nên rất thích hợp để hầm
Trong quá trình cắt, nhiệt độ của lưỡi cắt có xu hướng tăng lên, do đó, tốc độ gia công có thể không được tăng lên hoặc dao cắt có thể không được bền
Vì SUS304 là thép không gỉ Austenit nên nó không bị nam châm hút Tuy nhiên, với các bộ phận được chế tạo từ inox 304 bằng cách kéo hoặc ép với tốc độ xử lý cao, sẽ bị nam châm hút bằng 1 lực yếu Điều này là do gia công nguội tạo ra mactenxit trong mạng tinh thể lập phương tâm diện từ Austenit trong mạng tinh thể lập phương tâm mặt
Ngay cả ở nhiệt độ cực thấp, một số biến đổi mactenxit có thể xảy ra và trở nên từ tính nhẹ
❖ Xử lý bề mặt SUS304
Vì SUS304 là thép không gỉ, nó thường có thể được sử dụng mà không cần xử lý bề mặt
Lý do tại sao thép không gỉ không bị gỉ là nó tạo thành một màng oxit crom rất mỏng được gọi là màng thụ động