Đồ án Thiết bị và chế tạo robot gắp sản phẩm trong công nghiệp (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết bị và chế tạo robot gắp sản phẩm trong công nghiệp (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT BỊ VÀ CHẾ TẠO ROBOT GẮP SẢN PHẨM TRONG CÔNG NGHIỆP GVHD: PGS.TS. NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH SVTH: PHẠM TRƯỜNG CHINH MSSV: 10111005 SVTH: NGUYỄN QUỐC THẮNG MSSV: 10111073 SVTH: HỒ SĨ THÂN MSSV: 10111074 SKL003016 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014
2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT GẮP SẢN PHẨM TRONG CÔNG NGHIỆP GVHD : PGS.TS. Nguyễn Trƣờng Thịnh SVTH : Phạm Trƣờng Chinh MSSV : 10111005 SVTH : Nguyễn Quốc Thắng MSSV : 10111073 SVTH : Hồ Sĩ Thân MSSV : 10111074 Tp. Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 07 năm 2014 i
3. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 07 năm 2014 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Phạm Trƣờng Chinh MSSV: 10111005 Nguyễn Quốc Thắng MSSV: 10111073 Hồ Sĩ Thân MSSV: 10111074 Ngành: Cơ Điện Tử Lớp: 101111A Giáo viên hƣớng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Trƣờng Thịnh Ngày nhận đề tài: 25/02/2014 Ngày nộp để tài: 15/07/2014 1. Tên đề tài Thiết kế Và Chế Tạo Robot Gắp Sản Phẩm Trong Công Nghiệp 2. Nhiệm vụ cụ thể - Nghiên cứu về cánh tay robot, mô hình, phƣơng pháp điều khiển. - Thiết kế một mô cánh tay robot - Tìm hiểu về lập trình và các tài liệu liên quan đến PLC của MITSUBISHI 3. Sản phẩm Tp.HCM, ngày15 tháng 07 năm 2014 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN PGS.TS. Nguyễn Trƣờng Thịnh ii
4. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: Phạm Trƣờng Chinh MSSV: 10111005 Nguyễn Quốc Thắng MSSV: 10111073 Hồ Sĩ Thân MSSV: 10111074 Ngành: Cơ Điện Tử Lớp: 101111A Giáo viên hƣớng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Trƣờng Thịnh NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện: 2. Ƣu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Giáo viên hƣớng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) PGS.TS. Nguyễn Trƣờng Thịnh iii
5. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên sinh viên: Phạm Trƣờng Chinh MSSV: 10111005 Nguyễn Quốc Thắng MSSV: 10111073 Hồ Sĩ Thân MSSV: 10111074 Ngành: Cơ Điện Tử Lớp: 101111A Họ và tên giáo viên phản biện: Th.S. Võ Lâm Chƣơng NHẬN XÉT 1.Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện: 2. Ƣu điểm: 3.Khuyết điểm: 4.Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5.Đánh giá loại: 6.Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày 26tháng 07 năm 2014 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) Th.S. Võ Lâm Chƣơng iv
6. LỜI CẢM ƠN Sau quá trình thực hiện đề tài với nhiều cố gắng, học tập và nghiên cứu, tìm tài liệu của nhóm, cuối cùng đồ án đã đƣợc hoàn thành đúng thời gian quy định theo yêu cầu đặt ra. Để hoàn thành tốt đồ án, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: Tất cả quí Thầy (Cô) trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh – những ngƣời đã trang bị kiến thức vững chắc giúp em thực hiện đề tài này. Đặc biệt, em xin gửi lời tri ân đến PGS.TS.Nguyễn Trƣờng Thịnh đã tận tình hƣớng dẫn đề tài trong suốt thời gian làm đồ án cũng nhƣ cung cấp những tài liệu bổ ích để chúng tôi đề tài hoàn thành đồ án. Nhóm cũng xin cảm ơn tập thể lớp Cơ Điện Tử 06 đã có những đóng góp ý kiến thiết thực cũng nhƣ động viên trong suốt quá trình nhóm thực hiện đề tài. Với thời gian thực hiện đồ án có hạn, dù nhóm đã cố gắng hết mình nhƣng chắc chắn vẫn không tránh khỏi những sai lầm, thiếu sót. Chúng em rất mong nhận đƣợc sự chỉ dẫn và đóng góp của quý thầy cô cùng các bạn để đồ án đƣợc hoàn thiện hơn. Chúng em xin hứa sau khi bảo vệ thành công đồ án tốt nghiệp ra trƣờng sẽ tiếp tục tìm tòi học hỏi, kết hợp giữa lý thuyết và thực tế để hoàn thành tốt nhiệm vụ đƣợc giao. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự động viên của cha mẹ, thầy cô. Cũng nhƣ sự giúp đỡ của các bạn , anh chị đã hƣớng dẫn chỉ bày để hoàn thành tốt đồ án này !!! Tp.HCM, ngày 07 tháng 07 năm 2014 Nhóm thực hiện đề tài v
7. TÓM TẮT ĐỒ ÁN Để đáp ứng nhu cầu sản xuất, tự động hóa trong công nghiệp. Đề tài “Thiết kế và chế tạo robot gắp sản phẩm trong công nghiệp’’ đƣợc chúng tôi thực hiện. Mô hình đƣợc xây dựng thỏa mãn cả 2 yếu tố là cơ khí chính xác và điều khiển thông minh, linh hoạt. Những chuyển động của robot đƣợc thực hiện bởi sự chuyển động của các động cơ servo thông qua Driver của nó. Các tọa độ di chuyển của Robot sẽ hiện thị lên màn hình HMI nhờ đó ngƣời dùng sẽ dễ dàng điều khiển cũng nhƣ giám sát Robot thực hiện các yêu cầu đề ra một cách hiệu quả nhất. vi
8. ABSTRACT Order to meet production demand, in industrial automation. The them "Design and manufacture a robot to pick products in our industry'' was made. The model was built to satisfy the second element is the precision mechanical and intelligent control, flexibility. The motion of the robot are made by the movement of the servo motor through its Driver. The move coordinates of the robot will display on the screen HMI so that users can easily control and surveillance robots perform to requirements most effectively. vii
9. MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Nhận xét của giáo viên hƣớng dẫn iii Nhận xét của giáo viên hƣớng dẫn iv Lời cảm ơn v Tóm tắt đồ án vi Abstract vii Mục lục viii Danh mục hình vẽ x Danh bảng vẽ xii Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Giới thiệu đề tài 1 1.1.1 Lý do chọn đề tài 1 1.1.2 Yêu cầu và giới hạn đề tài 1 1.1.3 Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài 2 1.1.4 Mục đích nghiên cứu 2 1.1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài 2 1.2 Các công trình nghiên cứu có liên quan 2 1.2.1 Các công trình nghiên cứu ở nƣớc ngoài 2 1.2.2 Các công trình nghiên cứu trong nƣớc 3 Chƣơng 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 4 2.1 Tổng quan về Robot gắp sản phẩm 5 2.1.1 Robot gắp sản phẩm và phƣơng pháp điều khiển 5 2.1.2 Robot gắp sản phẩm 5 2.1.3 Phân tích một số khâu, khớp trong cơ khí 5 2.2 Xây dựng phần cơ khí của robot 8 2.3 Yêu cầu thiết kế cơ khí 8 2.4 Lựa chọn cơ cấu truyền động 10 2.5 Chọn động cơ và thông số bộ truyền cho robot 10 2.6 Các thành phần cơ khí 11 Chƣơng 3: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN 13 3.1 Các thiết bị động lực của hệ thống 13 3.1.1 Bộ điều khiển trung tâm 13 3.1.2 Driver và động cơ (Motor) 14 3.1.2 Các thiết bị điện khác 15 3.2 Giới thiệu linh kiện 15 3.2.1 PLC FX2N- 32MT 15 3.2.2 Hệ thống truyền động Servo 18 viii
10. 3.2.3 Động cơ bƣớc 26 3.2.4 Driver AC servo MR-J2S-10A 27 3.2.5 Bộ phát xung FX2N- 1PG 29 3.2.6 Bộ truyền vít me bi 30 3.2.6 Màn hình HMI 31 3 3 Sơ đồ tổng u t về ngu n h ạt động củ ộ điều khiển 36 3.4 Hệ thống điều khiển 38 Chƣơng 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 40 4.1 Các bộ phận và cấu trúc cơ khí 40 4.2 Bộ điều khiển 41 4.3 Kết quả điều khiển Robot 45 4.4 Tiến hành thử nghiệm và vận hành hệ thống 45 Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 47 5.1 Kết luận 47 5.2 Đề nghị 47 5.3 Hƣớng phát triển đề tài 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 Phụ lục1 51 ix
11. DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1 Robot tại kho hàng của hãng IKEA 3 Hình 1.4 Robot lắp ráp linh kiện máy in của CVN 3 Hình 2.1 Robot hoạt động theo tọa độ Descarde 6 Hình 2.2 Robot hoạt động theo tọa độ trụ 6 Hình 2.3 Robot hoạt động theo tọa độ cầu 6 Hình 2.4 Robot hoạt động theo tọa độ góc 7 Hình 2.5 Robot hoạt động theo SCARA 7 Hình 2.6 Phôi 9 Hình 2.7 Khay đựng phôi 9 Hình 2.8 Chân đế 11 Hình 2.9 Thân Robot 11 Hình 2.10 Cánh tay hút 12 Hình 3.1 Sơ đồ mạch điện hệ thống 13 Hình 3.2 PLC FX2N- 32MT 15 Hình 3.3 Sơ đồ khối hệ thống servo 18 Hình 3.4 Tốc độ đáp ứng 19 Hình 3.5 Tốc độ đáp ứng 20 Hình 3.6 Mở rộng vùng điều khiển 21 Hình 3.7 Khả năng ổn định 22 Hình 3.8 AC Servo Mitsubishi 24 Hình 3.9 Sơ đồ biểu thị nguyên lý hoạt động của Encoder 24 Hình 3.10 Opical encoder 27 Hình 3.11 Hai kênh A và B lệch pha trong encoder 25 Hình 3.12 Động cơ bƣớc 26 Hình 3.13 Driver Ac Servo 27 Hình 3.14 Sơ đồ đấu dây 28 Hình 3.15 Cách thức giao tiếp giữa PLC và driver AC-servo 29 Hình 3.16 Sơ đồ kết nối FX2N- 1PG với động cơ bƣớc 30 Hình 3.17 Vit me bi 31 Hình 3.18 Màn hình GOT1000 32 Hình 3.19 Thông số kỹ thuật HMI 33 Hình 3.20 Dùng nguồn nuôi riêng 24VDC 33 Hình 3.21 Dùng nguồn nuôi chung với PLC 33 Hình 3.22 Chuẩn kết nối 34 Hình 3.23 Cáp kết nối màn hinh HMI với máy tính 34 Hình 3.24 Hệ thống màn hình HMI kết nối với PLC 34 Hình 3.25 Cách thức giao tiếp giữa HMI, PLC, PC 35 Hình 3.26 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống kết nối điều khiển 36 Hình 3.27 Sơ đồ giao tiếp điều khiển giữa Host Controller và Client Controller 36 Hình 3.28 Sơ đồ giao tiếp điều khiển giữa XYZ Controller và AC Servo Driver 37 Hình 3.29 Sơ đồ khối dành cho điều khiển vị trí của Servo driver 37 x
12. Hình 3.30 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển 38 Hình 3.31 Giải thuật chƣơng trình điều khiển 39 Hình 4.1 Bản vẽ tổng thể Robot 40 Hình 4.2 Mô hình thực tế 41 Hình 4.3 PLC FX2N và các thiết bị ngoại vi 42 Hình 4.4 Màn hình điều khiển chính 43 Hình 4.5 Màn hình cài đặt 44 Hình 4.6 Chạy điểm trên vỉ 45 xi
13. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Đặc tính kỹ thuật của FX2N PLC 14 Bảng 4.1 Kết quả chạy chƣơng trình thử nghiệm 46 xii
14. CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu đề tài 1.1.1 Lý do chọn đề tài Robot là một lĩnh vực phát triển nhanh chóng. Khi Robot trở nên đa dạng và phức tạp, nó đƣợc đƣa vào ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhƣ: sử dụng trong các nhà máy nguyên tử, khám phá các hành tinh khác, đáy biển, phục vụ ngƣời tàn tật, trong công nghệ chế tạo ô tô. Sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng nhanh góp phần nâng cao năng suất lao động cũng nhƣ cải thiện đời sống con ngƣời. Đặt biệt sự ra đời của công nghệ chế tạo robot tạo ra sự tự động hóa trong quá trình sản xuất giảm sức lao động chân tay của công nhân. Đối với nƣớc ngoài lĩnh vực rự động hóa đã phát triển rất sớm, tới nay ngành tự động hóa đã và đang đạt đƣợc những thành tựu hết sức to lớn hỗ trợ đắt lực cho con ngƣời trong nhiều lĩnh vực. Sự phát triển mạnh mẽ của ngành tự động hóa đặt biệt sự phát triển của lĩnh vực chế tạo robot là một trong những ngành mũi nhọn của nhiều nƣớc trên thế giới. Riêng ở nƣớc ta lĩnh vực chế tạo robot còn khá mới mẽ, chúng ta đang ở giai đoạn đầu của quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nƣớc, đa số thiết bị máy móc trong các nhà máy xí nghiệp đã lỗi thời và hết sức lac hậu so với các nƣớc đang phát triển không còn thích hợp cho việc sản xuất. Vì vậy việc đầu tƣ mới các thiết bị này là hết sức cần thiết nhƣng phần lớn các thiết bị này đều nhập từ các nƣớc phát triển. Nhận thức đƣợc xu hƣớng và tầm quan trọng của công nghệ Robot đƣợc ứng dụng trong các nhà máy xí nghiệp nhóm sinh viên đã quyết định chọn thực hiện đề tài “Thiết kế và chế tạo cánh tay robot trong công nghiệp“ với mong muốn tìm hiểu và ứng dụng công nghệ mới ở mức độ cơ bản 1.1.2 Yêu cầu và giới hạn đề tài Thiết kế và chế tạo đƣợc cánh tay robot phục vụ trong công việc lắp ráp sản phẩm. Tốc độ gắp sản phẩm khoảng 6sp/phút. Thiết kế giao diện điều khiển robot trên màn hình HIM Got1000. 1
15. 1.1.3 Đối tƣợng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là cánh tay Robot (tập trung vào việc điều khiển cánh tay Robot dùng ngôn ngữ lập trình PLC), và các vấn đề liên quan đến việc thiết kế cánh tay Robot. 1.1.4 Mục đích nghiên cứu Hoàn thiện phần cơ khí là mô hình của một hệ thống cánh tay Robot nhằm mục đích phục vụ trong công nghiệp lắp ráp sản phẩm. Giới thiệu công nghệ robot trong việc lắp ráp sản phẩm. Góp phần vào việc nghiên cứu, phát triển, ứng dụng tự động hóa trong sản xuất 1.1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu Tìm hiểu tài liệu: nhóm tìm hiểu các tài liệu liên quan đến cánh tay Robot, thiết kế cơ khí, mạch điện cho cánh tay Robot, tài liệu liên quan đến công nghệ lập trình PLC của hãng MITSUBISHI và datasheet của các IC đƣợc sử dụng trong đề tài. Tham khảo từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm: các đồ án, các thiết kế mạch có liên quan đã đƣợc thi công đƣa vào sử dụng ổn định, và sự tham vấn trực tiếp của các giảng viên chuyên ngành thuộc Bộ môn Cơ điện tử. Phƣơng pháp thực nghiệm, thử và sửa sai: qua những lần thử nghiệm cánh tay robot. Quá trình tính toán giải thuật và điều khiển chuyển động. Từ đó đƣa ra mô hình hoạt động hiệu quả nhất. 1.2 Các công trình nghiên cứu liên quan 1.2.1 Các công trình nghiên cứu ở nƣớc ngoài Cánh tay Robot hiện đang là một đề tài trọng tâm đƣợc đề cập đến trong những nghiên cứu hiện tại và hầu hết các nhà máy, xí nghiệp lớn trên thế giới đều có một hoặc nhiều phòng nghiên cứu về Robot. Hiện nay, cánh tay Robot đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. 1.2.1.1. Robot gắp sản phẩm trong kho hàng của hãng IKEA (Thụy Điển) Các robot trong nhà đều có một cánh tay kim loại đƣợc trang bị cái kẹp gắp ở đầu cánh tay. Ở bên trong, một động cơ điện làm cánh tay dịch chuyển theo những hƣớng khác nhau và tạo nên vận động nắm bắt của chiếc kẹp gắp. Toàn bộ chúng đƣợc một “bộ não” nhỏ điều khiển. Những robot thực hiện cử động lặp đi lặp lại, do chƣơng trình đƣợc cài đặt sẵn trong bộ nhớ. Robot này nặng khoản 450kg, chiều cao khoảng 3m 2
16. Hình 1.1 Robot tại kho hàng tự động của hãng IKEA 1.2.2. Công trình nghiên cứu ở trong nƣớc Ở Việt Nam, công nghệ Robot nói chung đang đƣợc phát triển, tuy nhiên việc ứng dụng robot trong ngành tự động hóa vẫn còn ít so với mặt bằng chung của thế và chỉ bắt đầu thành lập các công ty chuyên về sản xuất robot trong một vài năm gần đây.  Robot gắp sản phẩm trong công ty CVN Phiên bản này do hãng ABB chế tạo và sản xuất. Cơ cấu này cao 1.65m nặng khoảng 300kg. Nó hoạt động theo kiểu SCARA, gồm 3 khớp xoay quanh 3 trục tọa độ Decards. Hình 1.2 Robot trong nhà máy CVN 3
17. CHƢƠNG 2 THIẾT KẾ CƠ KHÍ 2.1 Tổng quan về Robot gắp sản phẩm 2.1.1 Robot gắp sản phẩm và các phƣơng pháp điều khiển Robot gắp sản phẩm là loại robot có khả năng đạt tới một vị trí nhất định. Nó khác với các loại robot khác là không có khả năng di chuyển tự do, nó có thể hoạt động theo một môi trƣờng nhất định do ngƣời lập trình định sẵn. Phƣơng pháp điều khiển Robot gắp sản phẩm dùng ngôn ngữ lập trình PLC đƣợc sử dụng khá phổ biến trong các nhà máy, xí nghiệp thế giới. Về cơ bản, ta có thể chia Robot gắp sản phẩm thành hai dạng: Robot tự động và Robot bán tự động Robot tự động là loại robot hoạt động theo những chƣơng trình đã đƣợc lập trình sẵn và hầu nhƣ là không có giao tiếp với con ngƣời, các Robot này hoạt động trong môi trƣờng độc lập và không cần con ngƣời điều khiển. Robot bán tự động là loại Robot hoạt động theo chƣơng trình đã đƣợc lập trình sẵn và có sự điều khiển hoặc chi phối của con ngƣời. Những Robot này phải có con ngƣời giám sát và điều khiển chúng. 2.1.2 Robot gắp sản phẩm (tay máy) Robot gắp sản phẩm thuộc loại Robot tự động, nó hoạt động theo những chƣơng trình đã đƣợc lập trình sẵn có kết hợp với ngôn ngữ lập trình PLC. Chúng có thể hoạt động ở vận tốc cao và có khả năng kẹp chặt sản phẩm không cho sản phẩm rơi trong quá hoạt động và di chuyển. Một hệ thống Robot gắp sản phẩm bao gồm: PLC, máy tính, Tay máy, động cơ, bộ phát xung FX-1PG, Driver điều khiển động cơ. 2.1.3 Phân tích một số khâu, khớp trong cơ khí Robot kiểu hệ tọa độ Descard: là tay máy có 3 chuyển động cơ bản tịnh tiến theo phƣơng của các trục hệ tọa độ (cấu hình T.T.T). Trƣờng công tác có dạng khối chữ nhật. Do kết cấu đơn giản, loại tay máy này có độ cứng vững cao, độ chính xác cơ khí dễ đảm bảo vì vậy nó dùng để vận chuyển phôi liệu, lắp ráp, hàn trong mặt phẳng. 4
18. Hình 2.1. Robot hoạt động theo tọa độ Descarde Robot kiểu hệ tọa độ trụ: vùng làm việc của robot có dạng trụ rỗng. Thƣờng khớp thứ nhất chuyển động quay. Ví dụ robot có 3 bậc tự do, cấu hình R.T.T nhƣ hình vẽ 2.2. Có nhiều robot nhƣ: Robot Versantran của hãng AMF (Hoa Kỳ) Hình 2.2. Robot hoạt động theo tọa độ trụ Robot kiểu hệ tọa độ cầu: vùng lamg việc của robot có dạng cầu, thƣờng độ cứng vững của robot này rất thấp. Ví dụ robot 3 bậc tự do cấu hình R.R.R hoặc R.R.T làm việc theo tọa độ cầu Hình 2.3. Robot hoạt động theo tọa độ cầu 5
19. Robot kiểu tọa độ góc (hệ tọa độ phỏng sinh): đây là kiểu robot dùng nhiều hơn cả. Ba chuyển động đầu tiên là chuyển động quay, trục quay thứ nhất vuông góc với hai trục kia. Các chuyển động định hƣớng khác cũng là chuyển động quay. Vùng làm việc của tay máy này gần giống với một phần khối cầu. Tất cả các khâu đều nằm trong mặt phẳng thẳng đứng nên các tính toán cơ bản đều là bài toán phẳng, ƣu điểm nổi bật của các robot hoạt động theo kiểu tọa độ góc là gon nhẹ, tức là có vùng làm việc tƣơng đối lớn so với kích thƣớc cơ bản của robot. Hình 2.4. Robot hoạt động theo tọa độ góc Các robot hoạt động theo tọa độ góc nhƣ:Robot PUMA của hãng Unimtion- nokia (Hoa kỳ- Phần Lan), Irb-6, Irb60 (Thụy điển), Toshiba, Mitshubishi, mazaka (Nhật Bản). Robot kiểu SCARA: Robot SCARA ra đời vào năm 1979 tại trƣờng đại học Yamanashi (Nhật Bản) là một kiểu robot mới nhằm đáp ứng sự đa dạng của quá trình sản xuất. Tên gọi SCARA là viết tắt của “Selective Compliant Articulated Robot Arm“: tay máy mềm dẻo tùy ý. Loại robot này thƣờng dùng trong công việc lắp ráp nên SCARA thƣờng đƣợc giải thích là từ viết tắt của “Selective Compliant Assembly Robot Arm“. Ba khớp đàu tiên của robot này có cấu hình R.R.T các trục của khớp thƣờng theo phƣơng thẳng đứng. Hình 2.5. Robot hoạt động theo SCARA 6
20. Với những kiểu robot đã nêu ở phần 2.1.3 và mục đích của đề tài là gắp phôi bỏ vào khuôn một cách chính xác và có thể di chuyển một cách linh hoạt nhất nên yêu cầu đế vững chắc để lắp đặt đồ gá động cơ, phôi. Phƣơng án thiết kế phải đáp ứng đƣợc số bậc tự do của cơ cấu là 3 bậc. Tay robot có gắn giác hút phải di chuyển từ trái sang phải, từ trƣớc ra sau và từ trên xuống dƣới nên mọi vị trí phải đƣợc tính toán từ trƣớc. Bên cạnh đó là các cơ cấu nhƣ xi lanh đẩy phôi, các cự chặn, cảm biến cũng đƣợc bố trí thật hợp lý để thuận tiện hơn trong việc điều khiển sau này cũng nhƣ vận hành robot đƣợc tốt nhất. Chƣơng này sẽ đề cập đến thiết kế cơ khí, nếu không có nó thì robot không hoạt động đƣợc. Muốn điều khiển đƣợc robot thì phải có 4 yếu tố: - Hệ thống phát động và chấp hành - Hệ thống cảm biến (Sensors) - Bộ điều khiển (Controller), gồm phần cứng và phần mềm hệ thống - Chƣơng trình điều khiển. Nó nhằm tạo cho ngƣời sử dụng robot một cơ sở thực tiễn cho phù hợp với yêu cầu công nghệ để thiết kế chế tạo và điều khiển cánh tay robot. 2.2. Xây dựng phần cơ khí của robot Xây dựng phần cơ khí phải căn cứ vào sức nâng của tay máy, đó là khối lƣợng lớn nhất của vật mà robot có thể nâng đƣợc. Thiết kế robot cũng tuân theo những nguyên tắc chung của việc thiết kế máy. Trong phần này tác giả trình bày về cơ cấu cơ khí nhƣng cũng phải bám theo yêu cầu về công nghệ để đƣa ra một con robot với yêu cầu kỹ thuật nhƣ sau: - Hoạt động linh hoạt. - Chắc chắn, gọn gàng về cơ khí. - Đảm bảo hài hòa hợp giữa robot với môi trƣờng - Sự hòa hợp giữa robot với ngƣời dùng. - Thiết kế có xu hƣớng sản xuất. 2.3 Yêu cầu thiết kế cơ khí Robot sau khi thiết kế sẽ phải đạt đƣợc các yêu cầu nhƣ sau: 7
21.  Robot sẽ phải gắp phôi và bỏ vào khay đựng phôi đúng theo số hàng số cột đƣợc thiết kế trƣớc đặt phôi vào lỗ trên khay từ trái sang phải và cho đến hết.  Không gian Robot hoạt động đƣợc giới hạn là khối hình chữ nhật 400x400x80(mm). Giới hạn này đảm bảo cho robot có thể gắp và thả phôi đúng theo yêu cầu đề một cách chính xác. Hình 2.6 Phôi Hình 2.7 Khay đựng phôi 8