Giáo trình mô đun Rô bốt công nghiệp (Nghề Cơ điện tử - Trình độ trung cấp) gồm có 5 chương với những nội dung chính sau: Cấu trúc rô bốt công nghiệp, hướng dẫn sử dụng bộ điều khiển tay control panel, hướng dẫn lập trình sử dụng control panel, lập trình vẽ các hình học cơ bản, lập trình lắp ráp sản phẩm. Mời các bạn cùng tham khảo.
CẤU TRÚC RÔ BỐT CÔNG NGHIỆP
Bộ khung rô bốt
Thuật ngữ “Robot” có nguồn gốc từ từ “Robota” trong tiếng Séc, nghĩa là công việc tạp dịch, được giới thiệu trong vở kịch Rossum’s Universal Robots của Karel Čapek vào năm 1921 Trong tác phẩm này, Rossum và con trai đã tạo ra những cỗ máy giống con người để phục vụ cho nhân loại, mở ra ý tưởng cho các nhà sáng chế về việc chế tạo máy móc mô phỏng hoạt động của con người Đến đầu thập kỷ 60, công ty AMF (American Machine Foundry Company) đã giới thiệu máy tự động đa năng mang tên “Người máy công nghiệp” (Industrial Robot).
Robot công nghiệp hiện đại xuất phát từ hai lĩnh vực kỹ thuật truyền thống: các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) và máy công cụ điều khiển số (NC – Numerically Controlled machine tool).
Trong chiến tranh thế giới thứ hai, các cơ cấu điều khiển từ xa đã được phát triển mạnh mẽ để nghiên cứu các vật liệu phóng xạ Những cơ cấu này thay thế cho cánh tay của người thao tác, bao gồm một bộ kẹp bên trong và hai tay cầm bên ngoài Cả tay cầm và bộ kẹp được kết nối với cơ cấu 6 bậc tự do, cho phép tạo ra hướng và vị trí tùy ý.
Robot công nghiệp đầu tiên, Versatran, được phát triển bởi công ty AMF Cùng thời gian đó, robot Unimate-1990 cũng ra đời tại Mỹ và trở thành robot đầu tiên được ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô.
Sau Mỹ, nhiều quốc gia bắt đầu sản xuất robot công nghiệp, bao gồm Anh vào năm 1967, Thụy Điển và Nhật Bản vào năm 1968 theo bản quyền của Mỹ Tiếp theo là Cộng hòa Liên bang Đức vào năm 1971, Pháp năm 1972, và Italia vào năm 1973.
Tính năng làm việc của robot ngày càng phát triển, đặc biệt trong khả năng nhận biết và xử lý Vào năm 1967, Đại học Stanford (Mỹ) đã chế tạo một robot theo mô hình “mắt – tay”, có khả năng nhận diện và định hướng bàn kẹp dựa trên vị trí vật kẹp thông qua các cảm biến Đến năm 1974, công ty Cincinnati (Mỹ) giới thiệu robot T3 (The Tomorrow Tool), được điều khiển bằng máy vi tính, có khả năng nâng vật nặng lên đến 40kg.
Robot hiện nay là sự kết hợp giữa khả năng hoạt động linh hoạt của các cơ cấu điều khiển từ xa và tri thức phong phú từ hệ thống điều khiển số, cùng với sự phát triển của cảm biến, công nghệ lập trình và trí tuệ nhân tạo Nhật Bản nổi bật trong việc chế tạo robot giống người, như Asimo, với tính năng cảm giác tiên tiến Sự phát triển này đã dẫn đến việc nâng cao tính năng của robot, tạo ra nhiều sản phẩm thông minh hơn trong ngành công nghiệp sản xuất robot.
Nước sx Năm 1990 Năm 1994 Năm 1998
Các loại rô bốt công nghiệp
Robot kiểu tọa độ Đề Các là một loại tay máy với ba chuyển động cơ bản, cho phép di chuyển tịnh tiến theo các trục của hệ tọa độ gốc Trường công tác của robot này có hình dạng khối chữ nhật, mang lại khả năng hoạt động chính xác trong không gian ba chiều.
Với kết cấu đơn giản, loại tay máy này mang lại độ cứng vững cao và đảm bảo độ chính xác cơ khí, do đó thường được sử dụng trong việc vận chuyển phôi liệu, lắp ráp và hàn trên mặt phẳng.
Hình 1.1 – Robot kiểu toạ đệ Đề Các
Robot kiểu tọa độ trụ có vùng làm việc hình trụ rỗng, với khớp thứ nhất chuyển động quay Một ví dụ điển hình là robot 3 bậc tự do với cấu hình R.T.T Nổi bật trong dòng sản phẩm này là robot Versatran của hãng AMF.
Hình 1.2 – Robot kiểu toạ độ trụ
Robot kiểu tọa độ cầu có vùng làm việc hình cầu và thường có độ cứng vững thấp hơn so với các loại robot khác Ví dụ về robot 3 bậc tự do với cấu hình R.R.R và R.R.T hoạt động theo kiểu tọa độ cầu được minh họa trong Hình 1.7.
Hình 1.3 – Robot kiểu toạ độ cầu
Robot kiểu tọa độ góc, hay còn gọi là hệ tọa độ phỏng sinh, là một loại robot phổ biến với ba chuyển động đầu tiên là các chuyển động quay, trong đó trục quay đầu tiên vuông góc với hai trục còn lại Vùng làm việc của loại robot này gần giống như một phần khối cầu, và tất cả các khâu đều nằm trong mặt phẳng thẳng đứng, giúp đơn giản hóa các tính toán cơ bản thành bài toán phẳng Ưu điểm nổi bật của robot tọa độ góc bao gồm kích thước gọn nhẹ, vùng làm việc lớn so với kích thước của robot và độ linh hoạt cao Một số ví dụ về robot hoạt động theo tọa độ góc bao gồm PUMA của Unimation – Nokia (Mỹ - Phần Lan), IRb-6, IRb-60 (Thụy Điển), và Toshia (Nhật Bản) Hình 1.8 minh họa một robot kiểu tọa độ góc với cấu hình RRR.RRR.
Hình 1.4 – Robot hoạt động theo hệ toạ độ góc
Hệ thống ngoại vi
Hình 1.5: Cấu trúc của tay máy
Hình 1.6: Bộ nguồn điều khiển Rô bốt
Nút nhấn dừng khẩn cấp
Nguồn điện cho các thiết bị điều khiển
Hình 1.7: Bộ điều khiển bằng tay
Các màn hình soạn thảo
3.4 Phần mềm lập trình – mô phỏng
Hình 1.8: Phần mềm Rô bốt Studio
HÌnh 1.9: Bộ rô bốt ICR5 - ABB
Trình bày phân loại các loại rô bốt và các bộ phận cơ bản của rô bốt công nghiệp
Theo nội dung được trình bày ở bài học
HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN TAY CONTROL
Giới thiệu: Hướng dẫn các phím chức năng v à lập trình sử dụng tay lập trình Mục tiêu:
+ Sử dụng thành thạo bảng điều khiển TeachPendant
+ Lập trình biên dạng chuyển động của Robot
+ Có ý thức về học tập và làm việc nhóm
1.Cấu trúc của bảng điều khiển bằng tay
1.1 Các bước vào thực hiện với bảng điều khiển
Hình 2.1: Chế độ điều khiển của Rô bốt
1.1 Cấu trúc của bảng điều khiển bằng tay
Hình 2.2: Cấu trúc của bảng điều khiển bằng tay
B Touch screen ( màn hình cảm ứng)
C Emergency stop button (Nút nhấn dừng khẩn cấp)
E USB port ( Cổng kết nối USB)
F Enabling device (Nút nhấn khởi động hệ thống)
G Stylus pen ( điểm đặt bút cảm ứng)
H Reset button ( Nút Reset hoạt động máy)
2.Chức năng các nút nhấn
Hình 2.3:Vị trí các nút nhấn
Phím chỉ vị trí các chức năng của chương trình khi sử dụng bộ điều khiển bằng tay
E Lựa chọn đơn vị dịch chuyển
F Chế độ dịch chuyển thẳng hoặc quay
G Chế độ dịch chuyển 3 trụ hoặc 6 trục
H Chế độ tăng dịch chuyển
J Step BACKWARD button Nút nhấn lùi
K START button Thực hiện chương trình
L Step FORWARD button Nút nhấn tới
M STOP button Dừng chương trình
3.Các bài tập thực hành
Hình 2.4: Vị trí các nút nhấn
Thực tập các biên dạng chuyển động
Mô phỏng kiểm tra với yêu cầu đặt ra, kiểm tra chuyển động và điều chỉnh theo yêu cầu của học sinh
- Thực hành bài tập như trên, yêu cầu chính xác
- Chuẩn bị các điều kiện để lập trình như máy móc và các trang thiết bị
- Lập trình theo biên dạng và trong thời gian quy định
HƯỚNG DẪN LẬP TRÌNH SỬ DỤNG CONTROL PANEL
Các bước tiến hành lập trình với bộ điều khiển bằng tay
1.1 Bật bộ nguồn thiết bị như bên dưới
Hình 3.1: Bật nguồn cho bộ điều khiển
Hình 3.2: Làm quen với giao diện bộ điều khiển
A ABB menu - Thanh menu ABB
B Operator window – Màn hình vận hành
C Status bar – Thanh trạng thái
E Task bar – Thanh nhiệm vụ
F Quickset menu – Cài đặt nhanh
1.2 Các chức năng trên thanh ABB menu
Hình 3.4: Màn hình vận hành
Biểu thị các thông số khi vận hành máy
Hình 3.5: Chế độ vận hành Jog
Hình 3.6: Các chế độ vận hành tiếp theo
Thực hiện lập trình
Hình 3.7: Yêu cầu của bài tập
- Tạo chương trình mới: ABB – Program Editor
Hình 3.8: Đường dẫn vào chương trình
- Chọn Load để hiển thị chương trình – bấm Restart để khởi động lại chương trình
Hình 3.9: Cấu trúc chương trình chính
- Các chức năng điều khiển đối với bảng điều khiển
Hình 3.10: Các hàm chức năng
- Điều chỉnh chế độ chuyển động
Hình 3.11: Các kiểu chuyển động thẳng
Thực hiện theo bước : ABB – Jogging – Motion Mode sau đó chọn 1-3 hoặc 4-
6 nhấn Ok như mô tả dưới hình
Hình 3.12: Chọn trục tọa độ
- Cấu trúc của một chuyển động: Sử dụng cho Rô bốt sử dụng đầu kẹp khí nén để di chuyển vật
Hình 3.13: Rô bốt có tay kẹp
- Cấu trúc câu lệnh cho chuyển động thẳng
Hình 3.14: Lệnh chuyển động thẳng
- Cấu trúc câu lệnh cho chuyển động cong
Hình 3.15: Lệnh chuyển động công
- Chương trình sau khi lập trình có dạng như sau:
Hình 3.16: Bản lập trình chi tiết
- Sau khi lập trình xong – có thể kiểm tra trực tiếp
Hình 3.17:Các dòng lệnh lập trình
- Vào ADD Instruction – chọn Start để bắt đầu
Hình 3.18:Vị trí nút Start
- Lập trình sử dụng bảng điều khiển với bài tập sau:
- Đáp ứng thời gian quy định
LẬP TRÌNH VẼ CÁC HÌNH HỌC CƠ BẢN
Phân tích yêu cầu kỹ thuật
Thực hiện lập trình điều chỉnh rô bốt vẽ hình tam giác, hình vuông, hình tròn
Hình 4.1: Lập trình qua 3 điểm trong tọa độ 3D
+ Sử dụng chuyển động xoay từ điểm 1 qua điểm 2
+ Sử dụng chuyển động thẳng từ điểm 2 qua điểm 3
2.Lập trình trên phần mềm
- Trong Home menu – chọn Teach Target
Hình 4.2: Mô tả bước thực hiện
- Chọn chế độ chuyển động Jog Joint
Hình 4.3:Chọn chế độ chuyển động
- Lập lại bước này cho điểm thứ 2
Hình 4.4: Thực hiện chọn điểm thứ 2
- Kiểm tra số điểm chính xác trên phần mềm, so sánh với điểm của yêu cầu
Ví dụ: Target _10: Tương ứng với điểm sô 1 ( điểm góc)
Hình 4.6: Cửa sổ thể hiện 3 điểm được chọn
- Tạo đường chuyển động mới
Hình 4.7: Empty Path chọn lựa tạo đường mô phỏng
- Sao chép 3 nội dung điểm vào trong đường chạy
Hình 4.8: Cách copy 3 điểm vào đường chạy dao
- Tạo đường chạy dao: Modify – move Along Path
Hình 4.9: Chọn đường chạy dao
Kiểm tra, mô phỏng
Khi người dùng nhấn vào các biểu tượng, chương trình sẽ mô phỏng đường chạy của robot qua ba điểm, với hai kiểu chuyển động chính là thẳng và quay tròn.
Hình 4.10: Chuyển động theo đường lập trình
Bài tập 1 - Chạy thử nghiệm cơ bản (Trục – Kết hợp)
• Chạy thử nghiệm cho robot trong chế độ chung trên một trục tại một thời điểm cho tất cả sáu trục
Bài tập 2 - Chạy thử nghiệm cơ bản (Trục – Tuyến tính)
• Chạy thử nghiệm cho robot trong chế độ tuyến tính một trục tại một thời gian sau đó bắt đầu từ X, sau đó Y, sau đó Z
Bài tập 3 - Chạy thử nghiệm cơ bản(di chuyển khối)
• Di chuyển một khối từ một phía của robot và đặt khối ở phía bên kia bằng cách sử dụng các phím nóng kẹp trên bộ điều khiển cầm tay
• Nhiệm vụ là để được thực hiện bằng cách chạy thử nghiệm cho robot bằng cử động của cả chế độ kết hợp và tuyến tính
Bài tập 4 - Chạy thử nghiệm cơ bản (Hình vuông)
• Đặt một cây bút vào vị trí tay gắp của robot (EOAT) và đảm bảo rằng cây bút có vị trí là ít nhất 50mm dưới tay kẹp
• Dán một mảnh giấy A4 trên bàn đặt robot
• Vẽ một hình vuông (150mm x 150mm) trên mảnh giấy bằng chạy các trục (jogging) của robot
Bài tập 5 - Chạy thử nghiệm (jogging) cơ bản(Tam giác)
• Đặt một cây bút vào vị trí tay gắp của robot (EOAT) và đảm bảo rằng cây bút có vị trí là ít nhất 50mm dưới tay kẹp
• Dán một mảnh giấy A4 trên bàn đặt robot
• Vẽ một hình tam giác (100mm x 100mm x 100mm) trên mảnh giấy bằng chạy cáctrục (jogging) của robot
Bài tập 6 - Chạy thử nghiệm cơ bản (vị trí gốc)
• Đặt một cây bút vào vị trí tay gắp của robot (EOAT) và đảm bảo rằng cây bút có vị trí là ít nhất 50mm dưới tay kẹp
• Dán một mảnh giấy A4 trên bàn đặt robot
• Vẽ vị trí gốc trên giấy bằng cách chạy thử nghiệm jogging của robot
LẬP TRÌNH LẮP RÁP SẢN PHẨM
Trong bài viết này, chúng ta sẽ áp dụng kiến thức và kỹ năng từ các bài 2 và 3 để hoàn thiện quy trình lắp ráp sản phẩm Quá trình này bao gồm việc lập trình, kiểm tra hoạt động của sản phẩm và sửa lỗi nếu phát sinh.
+ Lập trình các cơ cấu bằng tay và sử dụng phần mềm lập trình
+ Kiểm tra , mô phỏng hoạt động chương trình lắp ráp sản phẩm
+ Có ý thức về học tập và làm việc nhóm
1 Phân tích yêu cầu kỹ thuật
Thực hiện lập trình điều chỉnh rô bốt lắp ráp chi tiết khối theo quy định của mô hình
Hình 5.1: Lập trình qua 3 điểm trong tọa độ 3D
+ Sử dụng chuyển động xoay từ điểm 1 qua điểm 2
+ Sử dụng chuyển động thẳng từ điểm 2 qua điểm 3
2.Lập trình trên phần mềm
- Trong Home menu – chọn Teach Target
Hình 5.2: Mô tả bước thực hiện
- Chọn chế độ chuyển động Jog Joint
Hình 5.3:Chọn chế độ chuyển động
- Lập lại bước này cho điểm thứ 2
Hình 5.4: Thực hiện chọn điểm thứ 2
- Kiểm tra số điểm chính xác trên phần mềm, so sánh với điểm của yêu cầu
Ví dụ: Target _10: Tương ứng với điểm sô 1 ( điểm góc)
Hình 5.6: Cửa sổ thể hiện 3 điểm được chọn
- Tạo đường chuyển động mới
Hình 5.7: Empty Path chọn lựa tạo đường mô phỏng
- Sao chép 3 nội dung điểm vào trong đường chạy
Hình 5.8: Cách copy 3 điểm vào đường chạy dao
- Tạo đường chạy dao: Modify – move Along Path
Hình 5.9: Chọn đường chạy dao
Nhấn vào các biểu tượng để chương trình tạo đường chạy mô phỏng cho Rô bốt, với chuyển động qua 3 điểm Chương trình hỗ trợ hai kiểu chuyển động: thẳng và quay tròn.
Hình 5.10: Chuyển động theo đường lập trình
• Tạo một vị trí gốc ở một vị trí an toàn cho robot chạy về vị trí gốc trong đó sử dụng tạo độ kết hợp P10
• Lập chương trình robot để chọn lên một khối và di chuyển nó đến một vị trí bên trong các vị trí robot
• Một khi phôi đã được đặt thì di chuyển robot trở lại vị trí gốc của nó
• Sử dụng thiết lập và thiết lập lại các hướng dẫn để vận hành các van gắp
• Sử dụng động tác phối hợp và tuyến tính trong suốt chương trình
• Đảm bảo vùng được thiết lập một cách chính xác cho từng vị trí
• Kiểm tra và chạy các chương trình