CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu đề tài Với cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang tác dộng mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực. Ứng dụng robot trong dây chuyền sản xuất công nghiệp sẽ là một trong những trọng tâm của cuộc cách mạng công nghệ lớn, thay thế con người trong các công việc đòi hỏi sự lặp lại và tính chính xác cao. Robot công nghiệp được chia làm hai loại chính là robot chuỗi hở và robot song song. Robot chuỗi hở có không gian làm việc rộng nhưng độ cứng vững không cao, các động cơ dẫn động thường được gắn trên khâu động nên quán tính lớn và vì thế thao tác với độ chính xác thấp.
Robot song song tuy có không gian làm việc bị hạn chế nhưng loại này lại có điểm mạnh là độ cứng vững cao, có thể thực hiện được các chuyển động với vận tốc cao mà không sợ bị hạn chế về mặt quán tính. Robot delta được phát minh vào đầu những năm 1980 bởi một nhóm nghiên cứu do giáo sư Reymond Clavel dẫn đầu tại École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL, Thụy Sĩ). Sau chuyến viếng thăm một nhà sản xuất sô cô la một thành viên trong nhóm muốn phát triển một robot để đặt pralines trong các gói của họ. Mục đích của loại robot mới này là điều khiển các vật thể nhẹ và nhỏ với tốc độ rất cao, một nhu cầu công nghiệp tại thời điểm đó.
1 Năm 1987, công ty Demaurex của Thụy Sĩ đã mua giấy phép cho robot Hình 1.1 Cấu trúc của robot Delta delta và bắt đầu sản xuất robot delta cho ngành bao bì. Năm 1991 Reymond Clavel đã trình bày luận án tiến sĩ của mình và nhận giải thưởng robot vàng năm 1999 cho công việc và sự phát triển của robot delta. Cũng trong năm 1999, ABB Flexible Automation bắt đầu bán robot delta FlexPicker. Đến cuối năm 1999, robot delta cũng được SigpackSystems bán ra.
Robot delta là một loại robot song song bao gồm ba cánh tay kết nối với các khớp phổ quát ở chân đế. Ý tưởng căn bản của thiết kế robot Delta là sử dụng các hình bình hành. Các hình bình hành cho phép khâu ra duy trì một hướng cố định tương ứng với khâu vào. Việc sử dụng ba hình bình hành hoàn toàn giữ chặt hướng của bệ di động duy trì chỉ với ba bậc tự do tịnh tiến.
Các khâu vào của 3 hình bình hành được gắn với các cánh tay quay bằng các khớp quay. Các khớp quay của tay quay được truyền động theo 2 cách: hoặc sử dụng các động cơ quay (DC hoặc AC servo), hoặc bằng các bộ tác động tuyến tính. Cuối cùng, cánh tay thứ tư được dùng để chuyển truyền chuyển động quay từ đế đến khâu tác động cuối gắn trên tấm dịch chuyển. Robot Delta đã nhận được 36 bằng phát minh, trong đó có những bằng sáng 2 chế quan trọng như của WIPO (WO 87/03528 cấp này 18/06/1987), bằng sáng chế Hoa Kỳ (US 4,976,582 cấp ngày 11/12/1990) và bằng sáng chế châu Âu (EP 0 250 470 cấp ngày 17/07/1991).
Các ngành công nghiệp tận dụng tốc độ cao của robot delta là ngành công nghiệp đóng gói, y tế và dược phẩm. Đối với độ cứng của nó, nó cũng được sử dụng để phẫu thuật. Các ứng dụng khác bao gồm các hoạt động lắp ráp có độ chính xác cao trong một phòng sạch cho các linh kiện điện tử. Gần đây, công nghệ đã được điều chỉnh phù hợp với máy in 3D.
Những máy in này có thể được chế tạo với giá khoảng một ngàn đô la và cạnh tranh tốt với máy in Cartesian truyền thống.2 Robot Delta trong quy trình sản xuất của công ty Demaurex Robot Delta phù hợp cho những công việc có tốc độ cao, độ chính xác cao nên robot Delta thường được ứng dụng vào y học. Công ty Elekta (Thụy Điển), một công ty chuyên về các trang thiết bị y tế đã dùng robot Delta để làm thiết bị nâng giữ kính hiển vi có khối lượng 20 kg dùng trong việc giải phẫu 3 Hình 1.3 Robot SurgiScope đang vận hành. Và đề tài này của chúng tôi sẽ sử dụng sự linh hoạt, vị trí động cơ những cánh tay nhẹ cho phép robot Delta đạt được những tốc độ và hiệu suất cao mà những cánh tay robot khác không có được để đưa vào ứng dụng cho việc phân loại sản phẩm như phân loại rác thải, phân loại sản phẩm có bao bì và chất lượng khác nhau. Nhằm tăng năng xuất và hiệu quả trong công việc 4 1.2 Robot Delta trên thị trường 1.1 Robot Delta TOPSTAR- TR008- PP1200 của hãng Topstar Hình 1.4 Robot Delta TOPSTAR- TR008- PP1200 * Thông số kỹ thuật: Model No.TR008-PP1200 Tải trọng định mức 15Kg Tải trọng tối đa 30Kg Phạm vi chuyển động mặt phẳng X, 659mm Y Phạm vi chuyển động mặt phẳng 300mm trục Z Độ chính xác định vị lặp lại + - 0,05 Thời gian chu kỳ tiêu chuẩn 0,55 giây Trọng lượng 51Kg Điện áp cung cấp AC 220V Giao diện kết nối Ethernet, RS-232, RS-485, máy chủ, USB *Ưu và nhược điểm của Robot Delta TOPSTAR- TR008- PP1200 -Ưu điểm Tốc độ làm việc cao, mang đến năng suất lớn Độ chính xác cao mang đên hiêu quả làm việc cao 5 Dễ dàng bảo trì bởi vì cấu tạo cực kì đơn giản Dễ dàng di chuyển linh hoạt dưạ vào chương trình lập trình có sẵn Giảm chi phi nhân công -Nhược điểm Hành trình bị giới hạn bởi chiều dài của các chân robot Kích thược gọn nhẹ nên kết cấu của chân robot không thể chịu được tải lớn Robot phải cố định lên cao nên không có sự linh hoạt trong vị trí lắp đặt 1.2 Hornet 565 Omron Delta Robot của hãng Omron Hình 1.5 Hornet 565 Omron Delta Robot * Thông số kỹ thuật: Model Hornet 565 Tải trọng định mức 3Kg 6 Tải trọng tối đa 8Kg Phạm vi chuyển động mặt phẳng 1130mm X, Y Phạm vi chuyển động mặt phẳng 425mm trục Z Độ chính xác định vị lặp lại +-0,01 Điện áp cung cấp 24 VDC 6 A/200 to 240 VAC 10 A, một pha Giao diện kết nối Trọng lượng 52Kg Độ ẩm môi trường 5-90%RH 1.3 Những nghiên cứu và sản phẩm trong va ngoài nước có liên quan đến đề tài: Sản phẩm đó là Delta Parallel Robot.
Hãy điểm qua những lợi ích mà Delta Parallel Robot có thể mang lại: - Tiết kiệm sức lao động và nhân công để giảm chi phí. - Tăng năng suất và tăng doanh số bán hàng. - Giảm thiểu sai sót của con người và tăng giá trị chất lượng.1 Chuỗi khớp liên kết Trước hết hãy nói về chuỗi khớp liên kết, cùng nhìn vào hình 1 với đại diện là một robot gồm nhiều khớp liên kết được kết nối với nhau và với bộ phận gắp- thả. Cơ cấu của robot này mô phỏng theo cánh tay của con người, các khớp nối được kết nối nối tiếp với nhau.
Bằng cách sử dụng khớp nối liên kết trung gian kết nối đầu gắp với đế cố định. Do đó, hiệu quả có thể đạt được là phạm vi hoạt động khá rộng và có thể gắp vật thể ở nhiều góc độ khác nhau, điều này góp phần rất lớn vào việc tiết kiệm sức lao động. Kiểu liên kết nối tiếp là xu hướng 7 chủ đạo của robot công nghiệp. Nhưng Delta Parallel Robot thì khác, chúng sử dụng những liên kết song song.6 Mô hình hóa Delta Parallel Robot.2 Những ứng dụng của Delta Parallel Robot.
- Sắp xếp sản phẩm. Hình 3 dưới đây sẽ cho một liên tưởng về công việc của một công nhân phân loại và di chuyển hàng hóa từ một băng chuyền sang một vị trí khác.7 Công việc của một công nhân phân loại và di chuyển hàng hóa 8 Và còn những lý do khác nữa. Hình 4 dưới đây sẽ cho thấy việc sử dụng một Delta Parallel Robot sẽ thay thế được con người trong công việc phân loại được mô tả ở hình 3 kể trên.8 Ví dụ mô tả thứ tự các hoạt động của Delta Parallel Robot. Phối hợp hoạt động với cảm biến hình ảnh.
Tiếp theo chúng tôi sẽ nói về cách một Delta Parallel Robot kết hợp với cảm biến hình ảnh tạo ra một hệ thống nhịp nhàng và vô cùng chính xác. Mời các bạn xem hình 5 dưới đây.9 Một ví dụ về sử dụng Delta Parallel Robot để phân loại sản phẩm Với con người chúng ta có đôi mắt để nhận biết hình dạng, hướng đặt của sản phẩm khi nó được di chuyển trên băng chuyền tới. Chúng ta dễ dàng lựa chọn đúng loại, dùng tay lấy chúng và sắp xếp gọn gàng lại. Với hệ thống robot cũng vậy, cần thiết lập cho nó đôi mắt của riêng nó.
Trong trường hợp ở hình 5, điều khó khăn là hình dạng và màu sắc của sản phẩm hơi khác một chút, à cũng khác nhau khá nhiều về màu sắc, hình dạng… Để gắp-đặt các sản phẩm này theo thứ tự hình dạng và màu sắc nhất định trong khu vực được chỉ định của địa điểm thu gom chúng ta cần sự phối hợp giữa Delta Parallel Robot và hệ thống cảm biến hình ảnh. Cảm biến hình ảnh giống như đôi mắt xác định vị trí, hình dạng, màu sắc của sản phẩm, sau đó hệ thống điều khiển dựa trên kết quả đó điều khiển robot gắp đúng sản phẩm và đặt chúng vào nơi cần đặt.4 Các vấn đề liên quan đến việc thiết kế robot delta cho việc phân loại sản phẩm 1.10 Sơ đồ nguyên lý Robot Delta. *Cấu tạo cơ khí của Robot Delta: -Khung (bệ cố định) của robot được gắn phía trên không gian làm việc và tất cả các cơ cấu chấp hành được đặt trên nó -Chân Robot thanh gọn -Chân Robot thanh chày -Bệ chuyển động 1.2 Động Cơ: -Động cơ AC Servo Động cơ AC servo tên tiếng Anh là AC servo motor là một loại động cơ xoay chạy bằng điện 3 pha, hoạt động dựa trên nguyên lý nam châm vĩnh cửu. Ngoài ra động cơ AC servo còn được tích hợp cùng với các thiết bị điện tử khác như: + Bộ khuếch đại tín hiệu ( hay còn gọi là bộ điều khiển động cơ servo driver amplifier ) + Bộ điều khiển + Bộ mã hoá ( Encoder ) 11 Làm tăng độ chính xác và dễ dàng điều khiển.
Nguyên lý hoạt động động cơ AC Servo Dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ giống như động cơ đồng bộ 3 pha. Động cơ motor Servo có rotor là một nam châm vĩnh cửu. Từ trường tạo ra mạnh. Stator của động cơ sẽ quấn vào những cuộn dây một cách riêng biệt.
Sau đó, nó được cấp nguồn điện và hoạt động theo 1 trình tự thích hợp để làm quay rotor. Điện được cấp vào cuộn dây đúng thời điểm thì lúc này chuyển động quay của rotor sẽ phụ thuộc vào pha của dòng điện và tần số dòng điện. Dòng điện sẽ phân cực và chạy trong cuộn dây stator.