Giới Thiệu Chung
Sơ lược về robot công nghiệp
Robot công nghiệp là những máy tự động linh hoạt, có khả năng thay thế một phần hoặc toàn bộ chức năng cơ bắp và trí tuệ của con người, phục vụ cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Robot công nghiệp sở hữu khả năng lập trình linh hoạt với nhiều trục chuyển động, thể hiện số bậc tự do của chúng Những robot này được trang bị bàn tay máy hoặc các cơ cấu chấp hành để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể trong quy trình công nghệ, hoặc tham gia trực tiếp vào các nguyên công.
Giới thiệu về robot Harmo
Robot Harmo có nhãn hiệu UE700SW – 2R, là một robot có 4 bậc tự do gồm tịnh tiến theo phương X, Y, Z và xoay 90 ° quanh trục Ox.
Hình 1.1 Mô hình 3D Robot Harmo UE700SW – 2R
Truyền dẫn cơ khí trong robot harmo:
- Cơ cấu đặt cữ dùng bộ truyền vít me đai ốc bi
- Truyền động đai răng giữa puly động cơ và đai ốc
- Cơ cấu bánh răng thanh răng
Dẫn động trong robot harmo:
- Chuyển động chính dọc trục X sử dụng động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha.
- Sử dụng động cơ điện một chiều điều chỉnh cữ cho các bậc tự do điều khiển bằng khí nén.
- Các cảm biến được sử dụng trong robot Harmo là các cảm biến điện từ.
Các encoder được sử dụng để đo lường dịch chuyển thẳng hoặc góc, đồng thời chuyển đổi vị trí góc hoặc vị trí thẳng thành tín hiệu nhị phân Tín hiệu này giúp xác định vị trí của trục hoặc bàn máy một cách chính xác.
Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của robot Harmo
1.3.1 Bậc tự do theo trục X
- Chiều cao thân robot: 1450 mm
- Giới hạn chuyển động trục X: 1600 mm
Hình 1.2 Thân Robot và kết cấu bậc tự do theo trục X
Kết cấu chi tiết trên trục X:
- Nguồn động lực là động cơ điện xoay chiều 3 pha điều khiển bằng bộ biến tần
- Cơ cấu truyền dẫn cơ khí: Sử dụng bộ truyền đai thanh răng/ bánh răng biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến.
- Hệ thống dẫn hướng: Sử dụng kết cấu dẫn hướng đuôi én bằng ma sát bi
Hệ thống đo lường và dịch chuyển phản hồi sử dụng Encoder để xác định quãng đường dịch chuyển, với 2 vị trí giới hạn được xác định qua 2 cảm biến vị trí lắp đặt ở cuối hành trình.
1.3.2 Bậc tự do theo trục Y
- Giới hạn chuyển động trục Y: 500 mm
Hình 1.3 Kết cấu bậc tự do theo trục Y
Kết cấu chi tiết trên trục Y:
- Nguồn động lực: Pit-tông xi-lanh khí nén
Cơ cấu truyền dẫn cơ khí sử dụng bộ truyền vít me và đai ốc để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến Qua đó, các cữ hành trình được điều khiển hiệu quả thông qua bộ truyền đai răng.
- Hệ thống dẫn hướng: Sử dụng kết cấu dẫn hướng đuôi én bằng ma sát bi
Hệ thống đo lường và dịch chuyển phản hồi sử dụng bộ encoder gắn trên đầu động cơ một chiều và khớp nối đàn hồi để đo góc quay của vít me Bộ encoder này cung cấp thông tin cho PLC điều khiển, giúp thiết lập cữ hành trình và tầm hoạt động của bộ vít me đai ốc một cách chính xác.
1.3.3 Bậc tự do theo trục Z
- Giới hạn chuyển động trục Z: 600 mm
Hình 1.4 Kết cấu bậc tự do theo trục Z
Kết cấu chi tiết trên trục Z:
Pit-tông xi-lanh khí nén tác động 2 chiều là nguồn động lực chính, với hành trình được kiểm soát bằng các cữ hành trình điều khiển thông qua động cơ xoay chiều.
Cơ cấu truyền dẫn cơ khí sử dụng bộ truyền puly đai răng để nhân đôi hành trình của tay máy, dựa trên nguyên lý làm việc của ròng rọc động Bộ phận điều chỉnh cữ được thực hiện thông qua vít me đai, kết hợp với bộ truyền đai răng để truyền chuyển động từ động cơ đến đai ốc.
- Hệ thống dẫn hướng: Sử dụng kết cấu dẫn hướng đuôi én bằng ma sát bi
1.3.4 Bậc tự do quay quanh trục Ox
- Chiều dài 2 thanh kẹp: 40 mm
Hình 1.5 Kết cấu bâc tự do quay quanh trục Ox
Kết cấu của bậc tự do quay quanh trục Ox:
- Nguồn động lực: Pit-tông xi-lanh khí nén tác động 2 chiều với pit-tông 1 đầu cần
- Cơ cấu truyền dẫn cơ khí: Sử dụng kết cấu trục khuỷu thanh truyền để biến chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay
Hệ đo lường dịch chuyển và phản hồi bao gồm hai cảm biến được lắp đặt trên bàn kẹp dụng cụ, nhằm cung cấp thông tin về vị trí hiện tại của bàn kẹp cho bộ điều khiển trung tâm.
Nội Dung
Thiết lập hệ tọa độ cho robot Harmo
Dựa vào quy tắc D – H ta xây dựng được hệ tọa tộ như trên với thông số:
Góc θ i là góc tọa bởi 2 trục Xi và Xi-1.
d i là khoảng cách giữa 2 truc Xi và Xi-1.
a i là khoảng cách đường vuông góc chung giữa 2 trục Zi và Zi-1.
Góc α i là góc tạo bởi 2 truc Zi và Zi-1.
Sử dụng phần mềm solidworks ta dựng được mô hìn robot Harmo đơn giản như hình dưới đây:
Hình 2.2 Mô hình 3D robot Harmo
Bảng thông số D-H
Dựa trên mô hình động học và theo quy tắc D – H ta thiết lập được bảng thông số D – H như sau: θ i d i a i α i
Lập trình điều khiển robot Harmo
2.3.1 Giới thiệu phần mềm CX – ONE và PLC Omron a, Giới thiệu về PLC Omron
Ngày nay, Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các quy trình và ngành sản xuất PLC là một máy tính trạng thái rắn công nghiệp, có khả năng theo dõi các tín hiệu đầu vào và đầu ra, từ đó đưa ra các quyết định dựa trên logic cho các quy trình hoặc máy móc tự động.
PLC được sử dụng để điều khiển các hệ thống từ đơn giản đến phức tạp, và có thể kết hợp chúng thành một mạng truyền thông nhằm điều khiển các quy trình phức tạp.
Bộ điều khiển PLC OMRON hiện đang sử dụng rộng rãi trên thị trường với giá thành thấp nhưng chức năng vô cùng lớn.
Bộ điều khiển lập trình PLC Omron rất đa dạng, bao gồm các loại PLC có thể mở rộng với các modul rời, cho phép tăng dung lượng bộ nhớ và số lượng ngõ vào, ra, mang lại tính linh hoạt cao trong ứng dụng thực tiễn Ngoài ra, Omron cũng sản xuất các PLC có cấu trúc cố định, phù hợp cho những công việc đặc biệt mà không cần tính linh hoạt Mỗi PLC Omron bao gồm các thành phần chính như bộ nguồn, CPU, Port I/O và các modul I/O đặc biệt Việc lắp ráp các modul này để tạo thành một bộ PLC hoàn chỉnh diễn ra đơn giản và dễ dàng thay thế khi cần thiết.
Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển PLC là khi thiết bị được kích hoạt (ON hoặc OFF) bởi điều khiển vật lý bên ngoài Bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục thực hiện chương trình do người dùng cài đặt và chờ nhận tín hiệu ở ngõ vào, đồng thời xuất tín hiệu ở ngõ ra Để khắc phục hạn chế của bộ điều khiển dùng dây nối, bộ điều khiển PLC được phát triển nhằm đáp ứng các yêu cầu như lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình thân thiện, độ tin cậy cao trong môi trường công nghiệp và khả năng giao tiếp với các thiết bị thông minh khác như máy tính và hệ thống mạng.
Hình 2.3 PLC Omron b, Giới thiệu phần mềm CX – ONE:
CX – ONE là bộ phần mềm tích hợp hoàn hảo, đáp ứng nhu cầu tự động hóa công nghiệp ngày càng cao và hỗ trợ đa dạng thiết bị của OMRON Người dùng sẽ có trong tay những công cụ mạnh mẽ, dễ sử dụng và luôn được cập nhật, cải tiến.
Hình 2.4 Phần mềm CX - ONE
CX-Programmer là nền tảng phát triển chương trình đồng nhất cho tất cả các loại PLC Omron, từ micro PLC đến PLC Duplex cao cấp Bài viết sẽ hướng dẫn cách lập trình trên CX-Programmer để điều khiển robot Harmo theo yêu cầu bài tập.
Hình 2.5 Giao diện làm việc của CX - Programer
Các thông số mặc định thường không cần thay đổi vì đã được thiết lập phù hợp với loại PLC đang sử dụng Đối với PLC loại CP1L/CP1H, cần chọn Network Type là USB khi kết nối qua cáp USB Nếu CX-Programmer không thể kết nối với PLC, hãy kiểm tra lại các thông số này.
Các thành phần trên màn hình:
Các cửa sổ phụ trên màn hình giao diện của CX-Programmer:
Trong quá trình sử dụng CX-Programmer, người dùng có khả năng bật hoặc tắt các cửa sổ phụ để hiển thị thông tin liên quan đến các đối tượng và công việc đang được thực hiện.
Để kiểm tra kết nối với PLC, hãy nhấn nút "Work Online" sau khi đã kết nối cáp giữa máy tính và PLC Khi kết nối thành công, CX-Programmer sẽ chuyển sang chế độ làm việc Online.
Mỗi chương trình cần ít nhất một lệnh End để đánh dấu điểm kết thúc Lệnh End cùng với nhiều khối chức năng khác có thể được nhập vào thông qua công cụ Instruction.
Việc biên dịch chương trình giúp phát hiện lỗi cú pháp và thiếu/thừa phần tử trong mã nguồn, với kết quả hiển thị trong tab compile của cửa sổ Output Sau khi biên dịch, chương trình sẽ được nạp vào PLC, tuy nhiên, PLC cần chuyển sang Program Mode để thay đổi nội dung chương trình Dù vậy, nhờ vào các tính năng của CX-Programmer, ta vẫn có thể nạp chương trình vào PLC ở bất kỳ chế độ nào.
Bấm nút Work Online để kết nối với PLC, sau đó sử dụng các nút trên thanh công cụ để thay đổi chế độ chạy của PLC
Nạp chương trình từ PC vào PLC:
Chương trình CX-Programmer cung cấp các chức năng hữu ích cho việc thử nghiệm và kiểm tra chương trình, cho phép người dùng bật hoặc tắt một bit trong chương trình cũng như điều khiển đầu vào và đầu ra mà không cần thiết bị vật lý.
2.3.2 Giới thiệu về Encoder dùng điều khiển trục X
Encoder là một loại cảm biến vị trí, có chức năng cung cấp thông tin về góc quay dưới dạng số mà không cần bộ chuyển đổi ADC Thiết bị này được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp để cung cấp phản hồi cho hệ thống điều khiển.
Bộ đếm mã hóa vòng quay (Encoder quay) chuyển đổi quãng đường di chuyển của tay máy thành các xung điện điều khiển Dựa vào bộ điều khiển, hệ thống có thể xác định vị trí và quãng đường di chuyển của Robot một cách chính xác.
Bộ đếm này bao gồm một bánh răng kết hợp với một thanh răng, truyền động cho đĩa quang phát xung, với mỗi xung tương ứng với quãng đường dịch chuyển 1 mm Số xung này được PLC đếm, và khi số xung đạt đến mức tối đa, PLC sẽ phát lệnh điều khiển phanh để dừng động cơ và cánh tay robot.
Chương trình điều khiển robot Harmo
Hình 2.7 Sơ đồ thuật toán điều khiển gắp vật của robot Harmo
2.4.2 Chương trình điều khiển PLC
8 0.07 Cảm biến bàn kẹp ngang
9 0.08 Cảm biến bàn kẹp đứng
Bảng 2.2 Phân công I/O của chương trình
● Chương trình điều khiển LAD: