Đồ án tốt nghiệp
chuyển động này cần có sự kiểm soát. Ngời ta thờng coi tay máy là đứng yên,
khâu 0 gọi là giá cố định của tay máy.
- Cấu trúc xác định bàn kẹp bao gồm các khớp A,B và F các khâu 1, 2 và
3, chuyển động của cấu trúc này đem theo bàn kẹp với vị trí làm việc. Do giả
thiết về loại khớp động dùng trong chế tạo máy thông thờng ta có những phối
hợp sau đây của các khớp và từ đó tạo nên những cấu trúc xác định vị trí của
bàn kẹp trong các không gian vị trí khác nhau của bản kẹp. Phối hợp TTT nghĩa
là 3 khớp đều là khớp tịnh tiến và một khớp quay. Đây là cấu trúc hoạt động
trong hệ toạ độ Đề Các so với các toạ độ So vì 3 điểm M nằm trên khâu 3 khớp
đều là khớp tịnh tiến và một chuyển động quay ( tức là hai toạ độ dài).
Phối hợp TRT, RTT, hay TTR nghĩa là một khớp tịnh tiến hai khớp
quay( các cấu trúc 2, 3, và 4). Đây là cấu trúc hoạt động trong hệ toạ độ trụ so
với điểm M trên khâu 3 đợc xác định bởi 2 chuyển động tịnh tiến và một
chuyển động quay( tức là hai toạ độ dài một toạ độ gốc).
Phối hợp RTR, RRT, TTR nghĩa là hai khớp tịnh tiến và hai khớp
quay( các cấu trúc 5, 6, 7, 8, 9 và 10). Đây là cấu trúc hoạt động trong hệ toạ độ
cầu so với hệ So, vì điểm M trên khâu 3 đợc xác định bởi một chuyển động tịnh
tiến và hai chuyển động quay( tức là một toạ độ dài hai toạ độ gốc).
Phối hợp RRR tức là 3 khớp quay( các cấu trúc 11,12) đây là các cấu trúc
hoạt trong toạ độ góc so với hẹ So, vì điểm M trên khâu 3 đợc xác định bởi ba
chuyển động quay( tức là ba toạ độ góc), cấu trúc này đợc gọi là cấu trúc phỏng
sinh học.
Tuy nhiên trong thực tế, đối với các tay máy chuyên dùng ta chuyên môn
hoá và đặc biệt đảm bảo giá thành và giá đầu t vào tay máy thấp, ngời ta không
nhất thiết lúc nào cũng phải chế tạo tay máy có đủ số ba khớp động cho cấu trúc
xác định vị trí.
Đối với tay máy công nghiệp đã có hơn 250 loại, trong số đó có hơn 40%
là loại tay máy có điều khiển đơn giản thuộc thế hệ thứ nhất.
Sự xuất hiện của IR và sự gia tăng vai trò của chúng trong sản xuất và xã
hội loài ngời làm xuất hiện một nghành khoa học mới là nghành Robot
5
Đồ án tốt nghiệp
học(Robotic). Trên thế giới nhiều nời đã xất hiện những viện nghiên cứu riêng
về Robot.
ở Việt Nam, từ những năm giữa thập kỷ 80 đã có viện nghiên cứu về
Robot.
1.3 Sơ đồ cấu trúc chức năng của Robot:
Vậy Robot là gì? cho tới hiện nay cha có một định nghĩa chính xác về
Robot, và cứ hai năm một lần ngời ta lại tổ chức một hội nghị khoa học bàn về
Robot, nhằm thông tin những thành tựu đã đạt đợc trong nghiên cứu và chế tạo
Robot đồng thời thống kê các thuật ngữ về Robotic, để hiểu đợc về IR trớc hết
chúng ta quan sát sở đồ cấu trúc và chức năng của IR nh sau:
Hình 1-1. Sơ đồ cấu trúc và chức năng của Robot.
Trong sơ đồ trên, các đờng chỉ mối quan hệ thông tin thuận, thông
tin chỉ huy nhiệm vụ Robot. Các đờng chỉ mối liên hệ thông tin ngợc,
thông tin phản hồi về quá trình làm việc của Robot.
Chức năng của bộ phận giao tiếp là liên lạc với ngời vận hành là thực hiện
quá trình dạy học cho Robot, nhờ đó Robot biết đợc nhiệm vụ phải thực hiện.
Chức năng của hệ thống điều khiển là thực hiện việc tái hiện lại các hành
động nhiệm vụ đã đợc học.
Bộ phận chấp hành giúp cho Robot có đủ sức chịu đợc tải trọng mà
Robot phải chịu trong quá trình làm việc, bộ phận này bao gồm:
Phần 1: bộ phận chịu chuyển động , phần tạo các khả năng chuyển động
cho Robot.
Phần 2: bộ phận chịu lực, phần chịu lực của Robot.
Bộ cảm biến tín hiệu: làm nhiệm vụ nhận biết, đo lờng và biến đổi thông
tin các loại tín hiệu nh : các nội tín trong bản thân Robot, đó là các tín hiệu về
vị trí, vận tốc, gia tốc, trong từng thành phần của bộ phận chấp hành các ngoại
tín hiệu, là các tín hiệu từ môi trờng bên ngoài có ảnh hởng tới hoạt động của
Robot.
6
Thiết bị liên hệ
với người vận
hành
Người vận hành
Hệ thống
truyền động
Hệ thống
chịu lực
Hệ thống
biến tín hiệu
Môi trường bên ngoài
Hệ thống điều khiển
Đồ án tốt nghiệp
Với cấu trúc và chức năng nh trên, Robot phần nào mang tính ngời còn
phần máy chính là trạng thái vật lý của cấu trúc.
Với IR tính chất ngời và máycũng đợc thể hiện đầy đủ nh trên, duy trì
hình thức mang dáng dấp của tay ngời.
Tay máy công nghiệp thờng có những bộ phận sau:
Hệ thống điều khiển: thờng là loại đơn giản làm việc có chu kỳ vận hành
theo nguyên lý của hệ thống điều khiển hở hoặc kín.
Hệ thống chấp hành: bao gồm các nguồn động lực, hệ thống truyền động,
hệ thống chịu lực nh: các động cơ thuỷ, khí nén, cơ cấu servo điện tử, động cơ
bớc. Mỗi chuyển động của IR thờng có một động cơ riêng và các thanh chịu
lực.
- Bàn kẹp: là bộ phận công tác cuối cùng của tay máy, nơi cầm nắm các
thiết bị công nghệ háy vật cần di chuyển.
7
Đồ án tốt nghiệp
1.4 ứng dụng Robot trong công nghiệp:
1.4.1 Mục tiêu ứng dụng Robot trong công nghiệp:
Nhằm góp phần nâng cao năng suất dây truyền công nghệ, giảm giá thành,
nâng cao chất lợng và khẩ năng cạnh tranh của sản phẩm, đồng thời cải thiện
lao động. Điều đó xuất phát từ những u điểm cơ bản của Robot và đã đợc đúc
kết qua nhiều năm đợc ứng dụng ở nhiều nớc.
Những u điểm đó là:
- Robot có thể thực hiện một quy trình thao tác hợp lý, bằng hoặc hơn một
ngời thợ lành nghề một cách ổn định trong suốt thời gian làm việc. Vì thế Robot
có thể nâng cao chất lợng và khẳ năng cạnh tranh của sản phẩm. Hơn thế nữa
Robot còn có thể nhanh chóng thay đổi công việc, thích nghi nhanh với việc
thay đổi mẫu mã, kích cỡ của sảm phẩm theo yêu cầu của thị trờng cạnh tranh.
- Có khả năng giảm giá thành sản
phẩm do ứng dụng Robot là bởi vì giảm
đợc đáng kể chi phí cho ngời lao động
nhất là ở các nớc có mức cao về tiền lơng
của ngời lao động, cộng các khoản phụ
cấp và bảo hiểm xã hội. Theo số liệu của
Nhật Bản thì Robot làm việc thay cho
một ngời thợ thì tiền mua Robót chỉ bằng
tiền chi phí cho ngời thợ trong vòng 3-5
năm, tuỳ theo Robot làm việc ngày mấy
ca. Còn ở Mỹ, trung bình trong mỗi giờ làm việc Robot có thể đem lại tiền lời là
13 USD. ở nớc ta trong những năm gần đay có nhiều doanh nghiệp, khoản chi
phí về lơng bổng cũng chiếm tỷ lệ cao trong giá thành sản phẩm.
- Việc ứng dụng Robot có thể làm tăng năng suất của dây truyền công
nghệ. Sở dĩ nh vậy vì nếu tăng nhịp độ khẩn trơng của dây truyền sản xuất, nếu
không thay thế con ngời bằng Robot thì thợ không thể theo kịp hoặc rất chóng
mệt mỏi. Theo tài liệu của Fanuc-Nhật Bản thì năng xuất có khi tăng 3 lần.
8
Đồ án tốt nghiệp
- ứng dụng Robot có thể cải thiện đợc điều kiện lao động. Đó là u điểm
nổi bật nhất mà chúng ta cần quan tâm. Trong thực tế sản xuất có rất nhiều nơi
ngời lao động phải lao động suốt buổi trong môi trờng bụi bặm, ẩm ớt, nóng
nực, hoặc ồn ào quá mức cho phép nhiều lần. Thậm trí ở nhiều nơi ngời lao
động còn phải làm việc dới môi trờng độc hại, nguy hiểm đến sức khoẻ con ng-
ời, dễ xảy ra tai nạn, dễ bị nhiễm hoá chất độc hại, nhiễm sóng điện từ, phóng
xạ
1.4.2 Các bớc ứng dụng Robot:
Việc u tiên đầu t trớc hết để nhằm để đồng bộ hoá cả hệ thống thiết bị, rồi
tự động hoá và Robot hoá chúng khi cần thiết để quyết định đầu t cho cả dây
truyền công nghệ hoặc chỉ ở một vài công đoạn. Ngời ta thờng xem xét các mặt
sau:
- Nghiên cứu quá trình công nghệ đợc Robot hoá và phân tích toàn bộ hệ
thống nếu không thể hiện rõ thì việc đầu t robot hoá là cha nên.
- Xác định các đối tợng cần Robot hoá:
Khi xác định cần phải thay thế Robot ở những nguyên công nào thì phải
xem xét khả năng liệu Robot có thay thế đợc không và có hiệu quả hơn không.
Thông thờng ngời ta u tiên ở những chỗ làm việc quá nặng nhọc, bụi bặm ồn ào,
độc hại, căng thẳng hoặc quá đơn điệu. Xu hớng thay thế hoàn toàn bằng Robot
thực tế không hiệu quả bằng việc giữ lại một số công đoạn mà đòi hỏi sự khéo
léo của con ngời.
- Xây dựng mô hình quá trình sản xuất đã đợc Robot hoá:
9
Hình 1-3: ứng dụng robot trong công nghệ hàn
Đồ án tốt nghiệp
Sau khi đã xác định đợc mô hình tổng thể quá trình công nghệ, cần xác
định rõ dòng chuyển dịch nguyên liệu và dòng thành phẩm để đảm bảo sự nhịp
nhàng đồng bộ của từng hệ thống. Có thế mới phát huy đợc hiệu quả đầu t vốn.
- Chọn lựa mẫu robot thích hợp hoặc chế tạo robot chuyên dùng. Đây là b-
ớc quan trọng vì robot có rất nhiều loại với giá tiền khác nhau. Nếu nh không
chọn đúng thì không những đầu t quá đắt mà còn không phát huy đợc hết khả
năng, nh kiểu dùng ngời không đúng chỗ. Việc này thờng xảy ra khi mua robot
nớc ngoài, có những chức năng robot đợc trang bị nhng không cần dùng cho
công việc cụ thể mà nó đảm nhiệm dây truyền sản xuất, vì thế mà đội giá lên rất
cao, chỉ có lợi cho nơi cung cấp thiết bị.
Cấu trúc robot hợp lý nhất là cấu trúc theo modun hoá, nh thế có thể hạ đ-
ợc giá thành sản xuất, đồng thời đáp ứng đợc nhu cầu phục vụ công việc đa
dạng. Cấu trúc càng đơn giản càng dễ thực hiện với độ chính xác cao và giá
thành hạ. Ngoài ra còn có thể tự tạo dựng các robot thích hợp với công việc trên
cơ sở mua lắp các modun chuẩn hoá. Đó là hớng triển khai hợplý đối với đại bộ
phận xí nghiệp trong nớc hiện nay cung nh trong tơng lai.
1.4.3 Các lĩnh vực ứng dụng robot trong công nghiệp.
- Một trong các lĩnh vực hay ứng dụng robot là kỹ nghệ đúc. Thờng trong
phân xởng đúc công việc rất đa dạng, điều kiện làm việc nóng nực, bụi bặm,
mặt hàng thay đổi luôn và chất lợng vật đúc phụ thuộc nhiều vào quá trình thao
tác.
Việc tự động hoá toàn phần hoặc từng phần quá trình đúc bằng các dây
truyền tự động thông thờng với các máy tự động chuyên dùng đòi hỏi phải có
các thiết bị phức tạp, đầu t khá lớn. Ngày náy ở nhiều nớc trên thế giới robot đ-
ợc dùng rộng rãi để tự động hoá công nghệ đúc, nhng chủ yếu là để phục vụ các
máy đúc áp lực. Robot có thể làm đợc nhiều việc nh rót kim loại nóng chảy vào
khuôn, cắt mép thừa, làm sạch vật đúc hoặc làm tăng bền vật đúc bằng cách
phun cát Dùng robot phục vụ các máy đúc áp lực có nhiều u điểm: đảm bảo
ổn định chế độ làm việc, chuẩn hoá về thời gian thao tác, về nhiệt độ và điều
kiện tháo vật đúc ra khỏi khuôn ép bởi thế chất lợng vật đúc tăng lên.
10
Đồ án tốt nghiệp
Trong nghành gia công áp lực điều kiện làm việc cũng khá nặng nề, dễ gây
mệt mỏi nhất là ở trong các phần xởng rèn dập nên đòi hỏi sớm áp dụng robot
công nghiệp. Trong phân xơng rèn, robót có thể thực hiện những công việc: đa
phôi thừa vào lò nung, lấy phôi đã nung ra khỏi lò, mang nó đến máy rèn,
chuyển lại phôi sau khi rèn và xếp lại vật đã rèn vào giá hoặc thùng Sử dụng
các loại robot đơn giản nhất cũng có thể đa năng xuất lao động tăng lên 1,5-2
lần và hoàn toàn giảm nhẹ lao động của công nhân. So với các phơng tiện cơ
giới và tự động khác phục vụ các máy rèn dập thì dùng robot có u điểm là
nhanh hơn, chính xác hơn và cơ động hơn.
- Các quá trình hàn và nhiệt luyện thờng bao gồm nhiều công việc nặng
nhọc, độc hại và ở nhiệt độ cao. Do vậy ở đây cũng nhanh chóng ứng dụng
robot công nghiệp.
Khi sử dụng robot trong việc hàn, đặc biệt là hàn hồ quang với mối hàn
chạy theo đờng cong không gian cần phải đảm bảo sao cho điều chỉnh đợc ph-
ơng và khoảng cách của điện cực so với mặt phẳng của mối hán. Nhiệm vụ đó
cần đợc xem xét khi tổng hợp chuyển động của bàn kẹp và xây dựng hệ thống
điều khiển có liên hệ phản hồi. Kinh nghiệm cho thấy rằng có thể thực hiện tốt
công việc nếu thống số chuyển động của đầu điện cực và chế độ hàn đợc điều
khiển bằng một chơng trình thống nhất, đồng thời nếu đợc trang bị các bộ phận
cảm biến, kiểm tra và điều chỉnh. Ngoài ra robot hàn còn phát huy tác dụng lớn
khi hàn trong những môi trờng đặc biệt.
11
Đồ án tốt nghiệp
- Robot đợc dùng khá rộng rãi trong gia công và lắp ráp. Thờng thờng ngời
ta sử dụng robot chủ yếu vào các việc tháo lắp phôi và sản phẩm cho các máy
gia công bánh răng, máy khoan, máy tiện bán tự động
Trong nghành chế tạo máy và dụng cụ đo chi phí về lắp giáp thờng chiếm
đến 40% giá thành sản phẩm. Trong khi đó mức độ cơ khí hoá lắp ráp không
quá 10-15% đối với sản phẩm hàng loạt và 40% đối với sản xuất hàng loạt lớn.
Bởi vậy, việc tạo ra và sử dụng robot lắp ráp có ý nghĩa rất quan trọng.
Phân tích quá trình lắp ráp chúng ta thấy rằng con ngời khi gá đặt các chi
tiết để lắp chúng với nhau thì có thể làm nhanh hơn các thiết bị tự động. Nhng
khi thực hiện các động tác khác trong quá trình ghép chặt chúng thì chậm hơn.
Bởi vậy yếu tố thời gian và độ chính xác định vị là vấn đề quan trong cần quan
tâm nhất khi thiết kế các loại robot lắp ráp. Ngoài yêu cầu hiện nay đối với các
loại robot lắp ráp và nâng cao tính linh hoạt để đáp ứng nhiều loại công việc, hạ
giá thành và dễ thích hợp với việc sản xuất loạt nhỏ.
Ngày nay đã xuất hiện nhiều loại day truyển tự động gồm các máy vạn
năng với robot công nghiệp. Các day truyền đó đạt mức độ tự động cao, tự động
hoàn toàn, không có con ngời trực tiếp tham gia, rất linh hoạt và không đòi hỏi
12
Hình 1- 4: ứng dụng robot trong quá trình nhiệt luyện
Đồ án tốt nghiệp
đầu t lớn. ở đây các nhà máy và robot trong dây truyền đợc điều khiển bằng
cùng một hệ thống chơng trình.
Trong một dây truyền tự động có các máy điều khiển theo chơng trình robot
có thể đứng một chỗ điều chỉnh trên đờng ray hoặc theo di động.
Kỹ thuật robot có u điểm quan trọng nhất là tạo nên khả năng linh hoạt
hoá sản xuất. Việc sử dụng máy tính điện tử, robot và máy điều khiển theo ch-
ơng trình đã cho phép tìm đợc những phơng thc mới mẻ để tạo nên các dây
truyền tự động cho sản xuất hàng loạt với nhiều mẫu, loại sản phẩm. Dây truyền
tự động cứng gồm nhiều thiết bị tự động chuyên dùng đòi hỏi vốn đầu t lớn,
nhiều thời gian để thiết kế và chế tạo trong lúc quy trình công việc luôn luôn cải
tiến, nhu cầu đối với chất lợng và quy cách của sản phẩm luôn luôn thay đổi. Bởi
vậy nhu cầu mềm hóa hay là linh hoạt hoá dây truyền sản xuất ngày càng
tăng. Kỹ thuật công nghiệp và máy tính đã đóng vai trò quan trọng trong việc tạo
ra các dây truyền tự động linh hoạt.
Xuât phát từ nhu cầu và khả năng linh hoạt hoá sản xuất, trong những năm
gần đây không chỉ các nhà khoa học mà cả các nhà sản xuất đã tập trung sự chú
ý vào việc hình thành và áp dụng các hệ sản xuất tự động linh hoạt, gọi tắt là hệ
sản xuất linh hoạt. Hệ sản xuất linh hoạt ngày nay thờng bao gồm các thiết bị
gia công đợc điều khiển bằng chơng trình số, các phơng tiện vận chuyển và kho
chứa trong phân xởng đã đợc tự động hoá và nhóm robot công nghiệp ở vị trí
trực tiếp với các thiết bị gia công hoặc thực hiện các nguyên công phụ. Việc
điều khiển và kiểm tra điều khiển toàn hệ sản xuất linh hoạt là rất thích hợp với
quy mô sản xuất nhỏ và vừa, thích hợp với yêu cầu luôn luôn thay đổi chất lợng
sảm phẩm và quy trình công nghệ. Bởi vậy ngày nay hệ sản xuất linh hoạt thu
hút sự chú ý không những ở các nớc phát triển mà ngay cả ở các nớc đang phát
triển. Trong một số tài liệu nớc ngoài hệ FMS (flexible Manufacturing System)
nay đợc diễn giải nh hệ sản xuất của tơng lai ( future Manufacturing System),
sự trùng hợp các từ viết tắt này không phải ngẫu nhiên.
Tỷ lệ phân bố các loại công việc đợc dùng robot:
13
Đồ án tốt nghiệp
1. Đúc áp lực 18,3%
2. Hàn điểm 14,7%
3. Hàn hồ quang 12,3%
4. Cấp thoát phôi 9,6%
5. Lắp ráp 9,5%
6. Nghiên cứu, đào tạo 5,7%
7. Phun phủ bề mặt 5,7%
8. Nâng chuyển sắp xếp 3,9%
9. Các việc khác 30,3%
Sự phân bố tỷ lệ các loại robot với các loại phơng pháp điều khiển khác
nhau:
a. Tay máy điều khiển bằng tay: 4%
b. Robot đợc điều khiển theo chu kỳ cứng: 59%
c. Robot đợc điều khiển theo chu kỳ thay đổi theo chơng trình: 11%
d. Robot đợc điều khiển dùng chơng trình dạy học: 18%
e. Robot điều khiển theo chơng trình số: 5%
f. Robot đợc điều khiển có sử lý tinh khôn: 3%
1.4.4 Nội dung nghiên cứu phát triển Robot công nghiệp:
1.4.4.1 Nhận xét về quá trình phát triển robot công nghiệp.
Ra đời từ những năm năm mời, robot công nghiệp đã có những bớc phát
triển quan trọng. Từ những năm 1960 do sự phát hiện máy vi tính robot công
nghiệp đã tiếp thu đợc thành tựu mới đó và ngày càng hấp dẫn. Cao trào phát
triển vào những năm 70 và đánh dấu bằng hội nghị quốc tế lần thứ 6 về thiết
kế chế tạo và ứng dụng robot công nghiệp Chicago năm 1972, sau đó lại lắng
dần xuống, nhất là sau khủng hoảng dầu mỏ 1975, nh để rút kinh nghiệp áp
dụng vào chỗ nào là phát huy hiệu quả hơn. Đến những năm 80 thì xuất hiện
nhu cầu hình thành các hệ thống sản xuất linh hoạt FMS ( Flexible
14
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét