Luận văn Thạc sĩ: Ứng dụng robot hàn các đường cong phức tạp - Nguyễn Văn Công

Luận văn thạc sĩ phân tích ứng dụng robot hàn để xử lý các đường cong phức tạp. Tổng quan công nghệ hàn, kết cấu robot và giải pháp tự động hóa.

• Tác giả: Nguyễn Văn Công
• Người hướng dẫn: Ts. Đinh Văn Chiến
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Cơ Khí - Chế Tạo Máy
• Đề tài: Robot Hàn Các Đường Cong Phức Tạp
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về Robot Công Nghiệp trong Ngành Hàn

Robot công nghiệp đã trở thành một yếu tố quan trọng trong các quy trình sản xuất hiện đại, đặc biệt là trong lĩnh vực hàn. Sự ra đời của robot hàn đánh dấu một bước tiến lớn trong công nghệ chế tạo máy. Những chiếc robot này được thiết kế để thực hiện các công việc hàn lặp đi lặp lại với độ chính xác cao, giảm thiểu sai sót và tăng năng suất lao động. Các ứng dụng của robot công nghiệp không chỉ giới hạn ở hàn mà còn mở rộng sang các lĩnh vực như phun sơn, lắp ráp và cắt kim loại. Ngành hàn tự động được xem là một trong những ứng dụng phổ biến nhất của robot công nghiệp, giúp các nhà máy nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất.

1.1. Định nghĩa và phân loại Robot Công Nghiệp

Robot công nghiệp được định nghĩa là những thiết bị tự động có khả năng lập trình, có thể thao tác các vật liệu hoặc công cụ theo quỹ đạo được xác định trước. Phân loại robot dựa trên hình học tọa độ bao gồm: robot Descartes, robot trụ tọa độ, robot cầu tọa độ và robot khớp quay. Các phương pháp điều khiển khác nhau giúp tối ưu hóa hiệu suất làm việc của robot trong từng ứng dụng cụ thể.

1.2. Ứng dụng Robot trong Sản xuất Hiện đại

Các ứng dụng robot công nghiệp trong sản xuất bao gồm hàn, phun sơn, lắp ráp, cắt và nâng vật liệu. Ngành hàn tự động sử dụng robot để xử lý các đường cong phức tạp với độ chính xác cao. Robot Kuka là một trong những dòng robot phổ biến nhất được sử dụng trong các nhà máy ô tô và công nghiệp nặng.

II. Công nghệ Hàn và Các Phương pháp Hiện đại

Công nghệ hàn đã phát triển đáng kể từ những năm đầu của thế kỷ 20 đến nay. Các phương pháp hàn hiện đại bao gồm hàn MIG/MAG, hàn TIG và hàn điện tiếp xúc. Mỗi phương pháp có những đặc điểm riêng phù hợp với các loại vật liệu và ứng dụng khác nhau. Hàn kim loại đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ về nhiệt độ, tốc độ và quỹ đạo để đảm bảo chất lượng mối hàn. Sử dụng robot hàn các đường cong phức tạp giúp cải thiện độ bền và tính thẩm mỹ của sản phẩm. Những khuyết tật như lỗ, rãnh hoặc biến dạng có thể được giảm thiểu thông qua hàn tự động với kiểm soát quỹ đạo chính xác.

2.1. Các Phương pháp Hàn Tự động

Hàn tự động dưới lớp thuốc là phương pháp truyền thống được cải tiến với sự hỗ trợ của robot. Hàn MIG/MAG sử dụng dây cấp liên tục, cung cấp độ sâu thấm cao. Hàn TIG thích hợp cho những công việc yêu cầu chất lượng cao, đặc biệt với các hợp kim mỏng. Hàn điện tiếp xúc được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp ô tô.

2.2. Kiểm soát Chất lượng Mối Hàn

Kiểm soát chất lượng mối hàn liên quan đến việc kiểm tra các khuyết tật như rãnh, lỗ, và biến dạng. Phương pháp kiểm tra bao gồm kiểm tra bằng mắt, chụp X-quang và siêu âm. Robot giúp tăng tính nhất quán trong quỹ đạo hàn, từ đó cải thiện chất lượng tổng thể.

III. Cấu trúc và Hệ thống Điều khiển Robot Hàn

Robot hàn, đặc biệt là robot Kuka, bao gồm nhiều bộ phận cơ bản như cánh tay robot, khớp quay, và hệ thống điều khiển. Cấu trúc robot KR125 được thiết kế với 6 bậc tự do, cho phép thực hiện các chuyển động phức tạp trong không gian 3D. Hệ thống tọa độ của robot được xác định rõ ràng để điều khiển chuyển động của từng khớp. Hệ thống điều khiển robot bao gồm tủ điều khiển (Cabinet), bộ vi xử lý, các cảm biến vị trí và hệ thống phản hồi. Bảng điều khiển Teach Pendant cho phép lập trình đơn giản và dạy robot quỹ đạo mong muốn. Sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm điều khiển giúp robot thực hiện hàn các đường cong phức tạp với độ chính xác tới từng phần millimeter.

3.1. Các Bộ phận Chính của Robot Kuka

Robot Kuka KR125 có 6 trục quay, mỗi trục được điều khiển bởi một motor servo. Cánh tay robot có khả năng di chuyển với tốc độ cao trong không gian làm việc rộng. Hệ thống tọa độ đề các được thiết lập tại gốc cố định, giúp xác định vị trí chính xác của chi tiết hàn. Các khớp robot đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp linh hoạt chuyển động.

3.2. Hệ thống Điều khiển và Lập trình Robot

Hệ thống điều khiển robot sử dụng Teach Pendant để lập trình quỹ đạo. Các nút điều khiển cho phép di chuyển từng khớp hoặc toàn bộ cánh tay. Màn hình hiển thị thông tin về vị trí, tốc độ và trạng thái hoạt động của robot. Phần mềm điều khiển được tối ưu hóa để xử lý các đường cong phức tạp và đảm bảo hàng đợi chuyển động mượt mà.

IV. Ứng dụng Robot Hàn Các Đường Cong Phức tạp

Robot hàn các đường cong phức tạp là một ứng dụng tiên tiến trong công nghiệp hiện đại, đặc biệt trong sản xuất ô tô và cơ khí chính xác. Các đường cong phi tuyến, cong vòm hay những hình dạng không đều đặn trước đây rất khó xử lý với hàn thủ công. Với robot công nghiệp, các công việc này trở nên dễ dàng hơn nhờ khả năng lập trình quỹ đạo 3D chính xác. Hàn tự động các đường cong phức tạp giúp giảm khuyết tật, tăng tốc độ sản xuất và đảm bảo tính nhất quán của sản phẩm. Trong nhà máy sản xuất ô tô, hệ thống robot hàn được sắp xếp trong dây chuyền sản xuất với các robot Kuka KR125 đảm nhận các vị trí khác nhau. Việc sử dụng hàn MIG/MAG kết hợp với điều khiển robot cho phép tạo ra các mối hàn đẹp và bền vững.

4.1. Thách thức trong Hàn Các Đường Cong Phức tạp

Hàn các đường cong phức tạp đối mặt với những thách thức như duy trì khoảng cách mTab từ chi tiết, kiểm soát góc đốt, và điều chỉnh tốc độ hàn dựa trên hình dạng đường cong. Robot hàn phải có độ nhạy cao với các thay đổi và khả năng điều chỉnh quỹ đạo trong thời gian thực. Các hệ thống cảm biến phụ trợ giúp robot xác định vị trí chính xác của chi tiết.

4.2. Lợi ích của Hàn Robot tự động

Hàn tự động bằng robot mang lại nhiều lợi ích như tăng năng suất, giảm chi phí lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm và tính nhất quán. Giảm khuyết tật mối hàn và thời gian chế tạo là những lợi ích đáng kể. Robot Kuka trong các nhà máy ô tô chứng minh hiệu quả cao của phương pháp hàn tự động.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRƯỜNG DẠI HỌC BẢCH KHOA TẢ NỘI NGUYEN VAN CONG NGIDEN CUU UNG DUNG ROBOT IAN DE TIAN MOT SO DUONG CONG PHUC TAP Chuyên ngành: CO! GHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1/ 15. ĐINH VĂN CHIẾN 2/ GS. TRAN VAN DICIL HA NOT- 2011 MUC LUC Trang Trang phụ bìa 2 MUC LUC. 3 Lời cam đoạm,.

co HH He ererreere „6 Danh mục các bang - - - - - 7 Danh mục các hình vẽ, đồ thị.‹- che HneerrooroeeooouĐE PHAN MO DAU. Chuong 1: TONG QUAN VE ROBOT CONG NGHIỆP (IR).1 Sựra đời của Robot công nghiệp ( Iaduetrial Robot).2 Định nghĩa về Robot công nghiệp - - 22 1.3 Phân loại RoboL - - - - - 23 1. Phản loại theo hình học. Phản loại theo điều khiên.4 Ung đụng RaboL công nghiệp trong sẵn xuất - - 28 1.5 Ứng dụng Robot trong ngành hàn.

nen 29 Chương 2: GIỜI THIỆU VỀ CỔNG NGHỆ HẢ 2.1 Lịch sử phát triển của ngành hàn.2 Bán chất, đặc điểm và ứng dụng của hàn kim loại.3 Phân loại các phương pháp hản.1 Phân loại theo đạng rừng lượng sử đụng .2 Phân loại thao trạng thái kim loại méi han é thời điểm hàn 3⁄4 2.4 Phan loại các liên kết hàn.5 Môi hẳn và sự hình thành mối hàn.2 Chuyển địch kim loại lỏng tử que hàn vào vũng hản.3 Sự tạo thành vũng hàn.4Tổ chức kim loại mỗi hản.3Đ 235 Vg ảnh hưởng nhật TH Hư HH re Xieerreserrereo TÔ 41 _- -.1 Khai niém vé tmg suat và hiển dang hàn.2 Ung sual va bién dang dọc.3 Ứng suất và biển đạng ngang,. cv ve trertrrrrrrerree sects AF 2.4 Bién đạng góc và cục bộ - - - 48 2.5 Cau biển pháp giảm ứng suất và biển dạng khi hàn, - „d9 2.8 Khuyết tật của môi han va phương pháp kiểm tra.1 Khuyết tật của mối hàn .2 Phương pháp kiểm tra khuyết tật mỗi han.9 Giới thiệu một số công nghệ hản.1 Han tự động và bản tự động đười lớp thuốc - - 58 2.2 Han MIG, MAG.3 Tian hề quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ.4 Hàn điện tiếp xúc - .60 Chuong 3: KET CAU ROBOT HẢN.1 Tại sao và khi nảo dùng Robot hàn? 63 3.1 Khi tảo đừng Robot hàn.2 Tại sạo hàn bằng Rebot.2 Các bộ phận oơ bản và tính năng của hệ thống Rcbot Kuiea 65 3.1 Các bộ phân cơ bản của hệ thống robot Kuka. - 65 LOI CAM BOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp của tôi hoàn toàn đo tôi tự làm, tự tìm hiểu dưới sự bướng dẫn của 18. Định Văn Chiến Trưởng dai hoe Mé va GS.TS Trần Văn Dịch — Trường đại học Bách Khoa 11à Nội Tôi xin cam đoan không sao chép, nhờ, thuê, mua hay tải tải liệu từ trang Web cling như bất kỳ hình thức nào dễ biển luận văn này thành của tôi.

Tôi xin chịu trách nhiệm vẻ lời cam đoan trên. Người cam đoạn Nguyễn Văn Công, Hinh 3-10:Cée loai robot Kuka 1Jình 3-11: Chiêu các trục toạ dé trén robot Hình 3-12: Hệ toạ độ gắc cả định Hình 3-13: Hệ tọa dộ đề các cô dịnh gốc tại tâm của dụng cự 11ình 3-14: T1ệ tọa độ đề các cổ định gốc tại phôi Hình 3-13: Các trục chuyển động của robot Kuia Hình 3-16: Các kiểu chuyển động nội say của robot Hinh 3-17: Câu trúc điều khiễn của robot Hình 3-18: Tủ điều khiến với bộ phận PC Hình 3-19: Tũ diễu khiển và các BUS Hình 3-20: Điều khiẩn rô bối với tốt bt camera Hình 3-21: Màn hình và thiết bị máy tỉnh điều khiển rõ bồi Hinh 3-22: KUKA Control Panel {KCP) Hinh 3-23: Bảng các nút trạng thái Hinh3-24: Bang day hoc Teach Pendant Hình3-25: Khối các chữ số các ly tự bảng mã ASCH 1Rình 4-1: Robot han Hình 4-2: Robot phun sơn Linh 4-3: Itobot gắp bao thức ăn chăn nuôi Hình 4-4: Robot lắp ráp Hinh 4-5: Robot ciit kim logi Hinh 4-6: Robot han cde thiét bi Hình 4-7: Robot nâng rối Hình 4-8: Robot vén chuyển phôi 1ình 4-9: Rabot trong phân xướng đúc Hình 4-10: Mô hình hàn ôtô 32 Hình 4-11: Các robot Kuka KR125 trong hệ thẳng sản xuất Linh 4-12: Liệ thống đèn chiếu sang Hình 4-13: Hệ thông rào chắn 19 LOI CAM BOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp của tôi hoàn toàn đo tôi tự làm, tự tìm hiểu dưới sự bướng dẫn của 18. Định Văn Chiến Trưởng dai hoe Mé va GS.TS Trần Văn Dịch — Trường đại học Bách Khoa 11à Nội Tôi xin cam đoan không sao chép, nhờ, thuê, mua hay tải tải liệu từ trang Web cling như bất kỳ hình thức nào dễ biển luận văn này thành của tôi. Tôi xin chịu trách nhiệm vẻ lời cam đoan trên.

Người cam đoạn Nguyễn Văn Công, DANH MỤC CÁC BẰNG Băng 1-1: Tình hình sản xuất robot ở mỗt số nước công nghiệp phát triển Bảng 1-2: Uớc tính sự phải triển của rabot trên thế giới Bảng 3-1: Bằng các thông số động học DANH MỤC CÁC BẰNG Băng 1-1: Tình hình sản xuất robot ở mỗt số nước công nghiệp phát triển Bảng 1-2: Uớc tính sự phải triển của rabot trên thế giới Bảng 3-1: Bằng các thông số động học DANH MỤC CÁC BẰNG Băng 1-1: Tình hình sản xuất robot ở mỗt số nước công nghiệp phát triển Bảng 1-2: Uớc tính sự phải triển của rabot trên thế giới Bảng 3-1: Bằng các thông số động học DANH MUC HINH VE, DO THI Linh 1-1: Victor Scheinman va Canh tay Robat Stanford Hinh 1-2: Robot Shakey Hinh 1-3: Robot Stanford Cart Linh 1-4: Robot8 chan Dante Hinh 1-5: Robot Asino Đồ thị 1-1: Ube tink robot công nghiệp hoạt động trên loàn thê giới Dé thj 1-2: Cung ứng robot công ngÏiập hàng năm của một số quốc gìa. Hình 1-6: Robot có không gian lãm việc dạng lành chữ nhật Hình 1-7: Robot có không gian làm việc dạng trụ Ð Hinh 1-8: Robat có không gian lam việc dạng cầm Hình 1-0: Robot kiểu nỗi Hình 1-10: Robot SCARA 1ĩịnh 2-1: Phân loại các phương pháp hàn theo trạng thái han Hình 2-2: Một liên kết hàn thường gặp Hình 2-3: Các vùng quy ước trên mặt cắt ngang của liên kết hàn giáp mỗi Hinh 2-4: Tac đụng nên của điện trường lên que hàn khử nóng chảu Hình 2-5: Sơ dễ vũng hàn; ALB; Phan dẫu và phần duôi của vũng hàn Linh 2-6: So dé két tinh ctia kim loại mỗi hàm Hinh 2 Tả chức vùng ảnh hưởng nhhệt mỗi hàn giáp mối tháp ít Cacbon Hình 2-8: Phân loại mỗi hàn theo vi trí bong không gian Tinh 2-9: Phan loại môi hàn theo phương của ngoại lực. Hinh 2-10: Cấu tạo của hỗ quang Hình 2-11: Sự phân bỗ nhiệt của hộ quang Hinh 2-12: Ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến đại lượng ứng suất dọc dự khi hàn giáp mối các lẫm dây 23mm Hình 3-13: Các biến dạng dọc khi hàn 1lình 2-14: Nự xuất hiện các ứng suất ngang do độ co dọc của mỗi hàn. Hình 2-15: Ảnh hướng trình tự hàn đến việc phân bó cáo ứng suÃ! ngàng LOI CAM BOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp của tôi hoàn toàn đo tôi tự làm, tự tìm hiểu dưới sự bướng dẫn của 18.

Định Văn Chiến Trưởng dai hoe Mé va GS.TS Trần Văn Dịch — Trường đại học Bách Khoa 11à Nội Tôi xin cam đoan không sao chép, nhờ, thuê, mua hay tải tải liệu từ trang Web cling như bất kỳ hình thức nào dễ biển luận văn này thành của tôi. Tôi xin chịu trách nhiệm vẻ lời cam đoan trên. Người cam đoạn Nguyễn Văn Công, DANH MUC HINH VE, DO THI Linh 1-1: Victor Scheinman va Canh tay Robat Stanford Hinh 1-2: Robot Shakey Hinh 1-3: Robot Stanford Cart Linh 1-4: Robot8 chan Dante Hinh 1-5: Robot Asino Đồ thị 1-1: Ube tink robot công nghiệp hoạt động trên loàn thê giới Dé thj 1-2: Cung ứng robot công ngÏiập hàng năm của một số quốc gìa. Hình 1-6: Robot có không gian lãm việc dạng lành chữ nhật Hình 1-7: Robot có không gian làm việc dạng trụ Ð Hinh 1-8: Robat có không gian lam việc dạng cầm Hình 1-0: Robot kiểu nỗi Hình 1-10: Robot SCARA 1ĩịnh 2-1: Phân loại các phương pháp hàn theo trạng thái han Hình 2-2: Một liên kết hàn thường gặp Hình 2-3: Các vùng quy ước trên mặt cắt ngang của liên kết hàn giáp mỗi Hinh 2-4: Tac đụng nên của điện trường lên que hàn khử nóng chảu Hình 2-5: Sơ dễ vũng hàn; ALB; Phan dẫu và phần duôi của vũng hàn Linh 2-6: So dé két tinh ctia kim loại mỗi hàm Hinh 2 Tả chức vùng ảnh hưởng nhhệt mỗi hàn giáp mối tháp ít Cacbon Hình 2-8: Phân loại mỗi hàn theo vi trí bong không gian Tinh 2-9: Phan loại môi hàn theo phương của ngoại lực.

Hinh 2-10: Cấu tạo của hỗ quang Hình 2-11: Sự phân bỗ nhiệt của hộ quang Hinh 2-12: Ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến đại lượng ứng suất dọc dự khi hàn giáp mối các lẫm dây 23mm Hình 3-13: Các biến dạng dọc khi hàn 1lình 2-14: Nự xuất hiện các ứng suất ngang do độ co dọc của mỗi hàn. Hình 2-15: Ảnh hướng trình tự hàn đến việc phân bó cáo ứng suÃ! ngàng Hình 4-13: Hệ thông rào chắn Linh 4-14: Lệ thẳng khung ôtô Hình 4-15 : Các robot hàn Hình 4-16 ; Phòng diều khiển hệ thông 1lình 4-17 : Mô hình 3D hệ thông sản xuất hàn khung ô tô Hình 4-18: Mô hình 2D hệ thẳng sân xuất kính Hinh 4-19: Robot Kuka KRI25 Hinh 4-20: Gid dé cdc tam kính Hinh 4-21: Hé thong hàng rào 1lình 4-22: Hăng tải vận chuyển kính Hình 4-23: Bồ trí hệ thông ban xoay khung d& quanh Robot Hinh 4-24: Hệ thông giá đã Hình 4-25: Mô hình 3L2 hệ thông sản xuất 11 Hinh 2-16: Các biên dạng sóc 1lình 2-17: Biến dạng chưng (a) và biến dạng cục bộ (b) của dằm chữ1 Hình 2-18: a- Đúng; b- Sai Hình 3-10: a- Đúng; b- Sai Linh 2-26: Trình tự hàn các môi hàn kết cầu tắm.