Luận văn: Nghiên cứu ứng dụng Robot hàn điểm trong công nghệ hàn thân xe ô tô

Tải luận văn nghiên cứu ứng dụng robot hàn điểm trong công nghệ hàn thân xe tự động. Phân tích cấu trúc, mô phỏng hoạt động và giải pháp tối ưu.

• Tác giả: Nguyễn Dương Khánh
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Tiến Dương
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Cơ Điện Tử
• Đề tài: Nghiên Cứu, Ứng Dụng Robot Hàn Điểm Trong Công Nghệ Hàn Thân Xe Trên Dây Chuyền Tự Động
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Robot Hàn Điểm Trong Công Nghệ Ô Tô

Robot hàn điểm là thiết bị tự động được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp ô tô hiện đại. Theo định nghĩa trong OCT 25686-85, robot công nghiệp là máy tự động có thiết bị thực hành dạng tay máy với nhiều bậc tự do, được điều khiển theo chương trình và có thể tái lập trình để hoàn thành các chức năng vận động. Ứng dụng robot hàn điểm giúp nâng cao năng suất dây chuyền sản xuất, giảm chi phí thành và cải thiện chất lượng sản phẩm. Trong ngành ô tô Việt Nam đang phát triển, việc áp dụng công nghệ robot hàn trở thành một hướng đi quan trọng để tiếp cận công nghệ sản xuất tiên tiến của thế giới, đồng thời cải thiện điều kiện lao động cho công nhân.

1.1. Sự Ra Đời Và Phát Triển Của Robot Công Nghiệp

Robot công nghiệp ra đời từ nhu cầu tự động hóa sản xuất. Các hãng nổi tiếng như Puma của Unimation, Fanuc của Nhật Bản, hay Kuka của Đức đã đặt nền móng cho ngành công nghiệp này. Theo thời gian, robot hàn điểm ngày càng được phát triển mạnh mẽ với công nghệ hiện đại và chức năng hoạt động tinh xảo, trở thành thành phần quan trọng trong các dây chuyền tự động sản xuất.

1.2. Tầm Quan Trọng Trong Công Nghiệp Ô Tô

Ngành công nghệ hàn là lĩnh vực có mức độc hại cao, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe lao động. Ứng dụng robot hàn điểm không chỉ giảm bớt tác động xấu mà còn nâng cao độ chính xác, năng suất và chất lượng sản phẩm xuất xưởng, góp phần đưa công nghiệp ô tô Việt Nam tiến bộ.

II. Phân Loại Và Cấu Trúc Robot Hàn Điểm

Robot hàn điểm được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau dựa trên đặc điểm kỹ thuật và chức năng hoạt động. Việc phân loại robot giúp lựa chọn loại phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể trong sản xuất. Các tiêu chí phân loại bao gồm số bậc tự do, cấu trúc động học, hệ thống truyền động, hệ thống năng lượng và phương thức điều khiển. Cấu trúc robot trong công nghệ hàn thân xe phải đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cao về độ chính xác, tính ổn định và khả năng hoạt động trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt.

2.1. Phân Loại Theo Bậc Tự Do Và Cấu Trúc

Robot hàn điểm có hai hình thức chuyển động cơ bản: chuyển động thẳng theo các trục x, y, z (khớp P) và chuyển động quay quanh các trục (khớp R). Tùy thuộc vào số bậc tự do và tổ hợp P-R, robot sẽ hoạt động trong các trường công tác khác nhau như khối hộp (PPP), khối trụ (RPP) hay khối cầu (RRP).

2.2. Yêu Cầu Kỹ Thuật Cho Hàn Thân Xe Ô Tô

Cấu trúc robot hàn phải đáp ứng các yêu cầu khắt khe về kỹ thuật. Robot hàn điểm cần có độ chính xác cao, tốc độ hoạt động nhanh, khả năng lập trình linh hoạt và độ bền cao. Ngoài ra, robot phải tương thích với các thiết bị hàn hiện đại và có khả năng làm việc liên tục trong môi trường sản xuất công nghiệp.

III. Tính Toán Động Học Và Mô Phỏng Robot Hàn

Tính toán động học là quá trình quan trọng để phân tích chuyển động của robot hàn điểm. Việc tính toán động học thuận giúp xác định vị trí và hướng của tay máy dựa trên các góc khớp, trong khi động học ngược giúp xác định các góc khớp cần thiết để đạt vị trí mong muốn. Mô phỏng hoạt động robot bằng các phần mềm như Easy Rob giúp kiểm chứng thiết kế, tối ưu hóa quỹ đạo chuyển động và lập trình điều khiển trước khi triển khai thực tế, tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất.

3.1. Phương Pháp Tính Toán Động Học Thuận Và Ngược

Robot Kuka thường được sử dụng trong ứng dụng robot hàn điểm. Lập bảng thông số Denavit-Hartenberg (DH) là bước đầu tiên để tính toán động học. Bài toán động học thuận giúp tìm vị trí tay máy từ các góc khớp, trong khi bài toán động học ngược sử dụng phương pháp tách cấu trúc để xác định các góc khớp từ vị trí mong muốn.

3.2. Mô Phỏng Và Lập Trình Robot Hàn

Phần mềm Easy Rob cho phép xây dựng mô hình 3D và mô phỏng hoạt động của robot hàn điểm trong các tình huống thực tế. Mô phỏng robot giúp kiểm tra xung đột, tối ưu hóa quỹ đạo, lập trình điều khiển và huấn luyện trước triển khai công nghiệp, đảm bảo chất lượng và an toàn trong sản xuất.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Và Triển Vọng Phát Triển

Robot hàn điểm đã chứng minh hiệu quả cao trong các dây chuyền sản xuất ô tô hiện đại. Mục tiêu ứng dụng của robot hàn là nâng cao năng suất, giảm chi phí thành, cải thiện chất lượng sản phẩm và nâng cao khả năng cạnh tranh. Ngoài ra, ứng dụng robot giúp thay thế con người trong các môi trường nguy hiểm như nơi có bụi bẫn, ẩm ướt, nóng nực và có độc hại quá mức cho phép. Với sự phát triển của công nghiệp ô tô Việt Nam, việc áp dụng robot hàn điểm trên dây chuyền tự động sẽ góp phần quan trọng vào công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.

4.1. Lợi Ích Kinh Tế Và Xã Hội

Ứng dụng robot hàn điểm mang lại nhiều lợi ích: nâng cao năng suất dây chuyền, giảm chi phí lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm và tính cạnh tranh. Robot hàn còn cải thiện đáng kể điều kiện làm việc, giảm tỉ lệ bệnh nghề nghiệp và tai nạn lao động liên quan đến công nghệ hàn độc hại.

4.2. Hướng Phát Triển Công Nghiệp Ô Tô Việt Nam

Việt Nam đang dần tiếp cận công nghệ sản xuất ô tô hiện đại. Robot hàn điểm trên dây chuyền tự động là mục tiêu phát triển quan trọng, giúp nâng cao năng lực sản xuất và tạo cơ hội cạnh tranh trong thị trường toàn cầu, thúc đẩy hiện đại hóa ngành công nghiệp ô tô Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan vẻ robot vả robot trong công nghệ hàn. Chương nảy tôi giới thiệu về các loại robot và các hưởng ứng dụng của robot trong ngảnh công. nghệ hản ở Việt Nam. Nguyễn Dương Khánh Trang 5 LUẬN VĂN CAO HỌC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỎ THỊ Hình1.1 Các hình thức chuyển động cơ bản.2 Tay máy kiểu tọa độ Đề-Các.3 Tay máy kiểu tọa độ trụ.

tre rr — 11 Hình 14 Tay máy kiểu tọa độ câu.5 Tay may kiểu SCARA.6 Tay máy kiểu tay người.7 Robot song song.8 Robot di chuyển cece _ tu eeee 13 Hình 1.9 Robot Asimo của Honda-Nhật co 13 Hình 1.10 Một số loại robot được ửng dụng trong thực tế.11 Xưởng đập tại nhà máy Toyota VN.12 Xưởng hản tại nhả máy Toyota VN.13 Xưởng sơn tại nhả máy Toyota VN.14 Công đoạn lắp rápô tô tại Toyota VN.15 Dây chuyên hản vỏ xe tại nhà mảy Ford Việt Nam.1 Phân gẫm thân xe.3 Phân sườn phải. ee zeisll Hình 2.2 Phản sườn trái.ccsscssrre Saal Hinh 2.6 Mô hình động học sgbot hán điện hản thân xe.1 Sơ đỗ đặt tọa độ rô bốt KUEA.2 Biểu diễn các khớp quay rô bốt KUA.3 Hình chiều đứng giới hạn chuyển động của rô bốt KUKA KR6.4 Hình chiếu bằng giới hạn chuyển đông cúa rô bốt KUKA KR6 39 Hình 3.5 Sơ đỗ điểm đặt các khâu robot.6: Lưu đỏ giải thuật của EASY ROB. co, ST Hình 3.7 Mô hình robot Kuka mô phỏng. cao Ố Nguyễn Dương Khánh Trang 4 LUẬN VĂN CAO HỌC Hay robot công nghiệp được định nghĩa trong OCT 25686-85 như sau.

“Robot công nghiệp là máy tự động được đặt cổ định hay di động, bao gồm thiết bị thửa hanh dang tay máy có một số bậc tự do hoạt động và thiết bị điều khiển theo chương trình, có thể tái lập trình để hoàn thành các chức năng vận động va điều khiển trong quá trỉnh sản xuất”. Theo thời gian, robot ngày càng được phát triển mạnh mẽ. hiện đại vẻ công nghệ và tỉnh xảo về chức năng làm việc. Nhờ vậy robot công nghiệp đã có vị tri quan trọng trong các đây chuyển tự động sản xuất hiện đại.

Một số Robot công nghiệp đã trở lên nỏi tiếng như Puma của công ty Unimat. Còn ở Nhật Bản cỏ Fanue của công ty Fanue hay Scare của công ty Sekio-Seiki Ở Đức có Famulus của công ty KuKa 1.2 Phân loại robot 1.1 Phân loại theo số bậc tự do của trường công tác Robot có hai hình thức chuyển động cơ bản làm chuẩn: Chuyên động thẳng theo các trục x, y, Z trong không gian toạ đô Đẻ-các với các khớp lăng trụ hay còn gọi là các khớp trượt, kỷ hiệu lả P Chuyên động quay quanh các trục x, y, Z ký hiệu lả R. Tuy thuộc vào số bậc tự do vả cách tổ hợp P-R, robot sẽ hoạt động trong các trường công tác với các hình khói khác nhau Ví dụ © _PPP: khối hộp (cartesian) © RPP: khéi tru (cylindrical). ¢ RRP: khéi cau (Spherical).

Nguyễn Dương Khánh Trang 8 LUẬN VĂN CAO HỌC LỜI MỞ ĐẦU Trong giai đoạn hội nhập hiện nay, nẻn Công nghiệp ô tô Việt Nam đang đứng. trước những khó khăn, thách thức to lớn, trái lại, đây cũng là cơ hội cho công nghiệp ô tô Việt Nam phát triển vả tiếp cận công nghệ sản xuất ô tô tiên tiền trên thế giới. Hiện nay, trên thế giới có hảng trăm hãng ô tô nồi tiếng với các thương. hiệu đã được khẳng định.

Đối với Việt Nam, hiện tại chúng ta đang dân tiếp cận công nghệ sản xuât ô tô hiện đại, nên việc tìm tòi, nghiên cứu vả phát triển công nghệ sản xuất ò tô trong nước lả một hưởng đi đủng, cản được khuyến khích phát triển. Mục tiêu ứng dụng của robot công nghiệp nhằm góp phản nâng cao năng suất dây chuyển công nghệ, giảm giả thành, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sảm phâm, đông thời cai thiện điều kiện lao động. Ngoài ra robot còn được ứng dụng làm thay con người trong những môi trường đặc biệt như trong môi trường có bụi bẫn, ằm ướt, nóng nực, ôn ảo và độc hại quả mức cho phép Ngành công nghệ hàn là một trong số những ngành có mức độc hại cao, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của người lao động. Do vậy, việc ứng dụng robot vào các công việc hản sẽ làm giảm bớt các ảnh hưởng không tốt tới người lao đông cũng như nâng cao đô chính xác, năng suất lao động và chất lượng sản phẩm khi xuất xưởng.

Ngành công nghệ ô tô ở nước ta dang dan timg bước áp. dụng các thành tựu công nghệ vào sản xuất đề theo kịp các nước tiên tiền khác trên thể giới Để góp phần vào công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, đề tài luận. văn tốt nghiệp “Nghiên cứu, ứng dụng robot hàn điểm trong công nghệ hàn thân xe trên đây chuyển tự động” của tôi dưới sư hưởng dẫn tận tỉnh của thây: hướng dẫn TS. Nguyễn Tiến Dương hy vọng sẽ gợi mở hướng ứng dung robot vào trong ngảnh công nghệ ô tô mới mẻ của đất nước.

Luận văn gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan vẻ robot vả robot trong công nghệ hàn. Chương nảy tôi giới thiệu về các loại robot và các hưởng ứng dụng của robot trong ngảnh công. nghệ hản ở Việt Nam. Nguyễn Dương Khánh Trang 5 LUẬN VĂN CAO HỌC Chương 2: Nghiên cửu cầu trúc robot hản điểm trong công nghệ hản thân xe trên dây chuyên tự đông.

Chương nảy tập trung nghiên cứu, đưa ra cầu trúc cho robot hân điểm ứng dụng trong công nghệ hản thân xe trên dây chuyên tự đồng, Chương 3: Tỉnh toán động học, mô phỏng hoạt động robot. Chương này tập trung tính toán đông học robot vả mô phỏng hoạt động của robot nhờ phân mèm mô phỏng robot Đề đạt được kết quả như hôm nay, tôi xin chân thành cảm ơn thấy giáo hướng. Nguyễn Tiến Dương trong qua trình thực hiện luận văn nảy. Trong quá trỉnh thực hiện luận văn, do thời gian vả trình độ còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót, rất mong được các thây cô vả các bạn quan tâm đóng góp ỷ kiến đề đề tài được hoàn thiện hơn.

Một lấn nữa, em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 27 tháng 9 năm 2011 Học viên Nguyễn Dương Khánh Nguyễn Dương Khánh Trang 6 LUẬN VĂN CAO HỌC CHUONG 1 TONG QUAN VE ROBOT VA ROBOT TRONG CONG NGHE HAN 1.1 Sự ra đời và tình hình phát triển của robot công nghiệp. Ngày nay trong sản xuất việc nâng cao năng suất vả chất lượng sản phẩm là hết sức quan trọng, giải pháp cho vấn đề nảy lả ửng dung rông rãi các phương tiên tự động hoả trong các quả trình sản xuất. Trên thể giới nói chung vả các nước phát triển nói riêng đã xuất hiện xu hưởng tạo ra những dây truyền và thiết bị tự đông, có tỉnh linh hoạt cao và hiện nay xu hướng nảy đã đạt được khá nhiều ket qua khả quan. Chính vì thế mả nhu câu ứng dụng robot đẻ tạo ra các hệ thong san xuất tự động linh hoạt ngày cảng trở lên cấp thiết.

Năm 1921, nhờ sự trình diễn của nghệ sĩ Tiệp Khắc với con rồi “Robota” có tên gọi lục sĩ (Force man) đã giúp cho các nhà kỹ thuật có ý tưởng sáng tạo ra cơ cấu. máy móc bắt chước thao tác lao động cơ bắp của con người. Chính từ đó, vào khoảng năm 1940, mẫu robot dau tién (Master-Slave Manipulators) ra đời tại phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge va Argonne ctia My, dé van chuyển các hoạt chất phóng xạ vả vảo năm 1961, Mỹ đã cho ra thị trường. một loại máy tự động vạn năng mỏi được gọi là người máy công nghiệp có tên UNIMAT.

Từ đây công nghệ chế tạo robot bắt đầu phát triển mạnh, chủng. được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống. Tuy nhiên, các robot xuất hiện vả được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp. Lớp robot này có đặc điểm.

riêng vẻ kết câu, chức năng, đã được thông nhất hoá, thương mại hoá rộng rãi Chúng duge goi la Robot cong nghiép (Industrial Robot - IR) Thuật ngữ “robot công nghiệp” cũng cỏ nhiều quan điểm khác nhau. Định ngiữa sau day do Viện nghiên cứu robot của Mỹ đẻ xuất được sử dụng rộng rãi: “Robot công nghiệp là tay máy vạn năng, hoạt động theo chương trình và có thẻ lập trình lại để hoàn thành vả nâng cao hiệu quả hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau trong công nghiệp, như vận chuyển nguyên vật liệu, chỉ tiết, dụng cụ hoặc. các thiết bị chuyên dùng khác”. Nguyễn Dương Khánh Trang 7 LUẬN VĂN CAO HỌC CHUONG 1 TONG QUAN VE ROBOT VA ROBOT TRONG CONG NGHE HAN 1.1 Sự ra đời và tình hình phát triển của robot công nghiệp.

Ngày nay trong sản xuất việc nâng cao năng suất vả chất lượng sản phẩm là hết sức quan trọng, giải pháp cho vấn đề nảy lả ửng dung rông rãi các phương tiên tự động hoả trong các quả trình sản xuất. Trên thể giới nói chung vả các nước phát triển nói riêng đã xuất hiện xu hưởng tạo ra những dây truyền và thiết bị tự đông, có tỉnh linh hoạt cao và hiện nay xu hướng nảy đã đạt được khá nhiều ket qua khả quan. Chính vì thế mả nhu câu ứng dụng robot đẻ tạo ra các hệ thong san xuất tự động linh hoạt ngày cảng trở lên cấp thiết. Năm 1921, nhờ sự trình diễn của nghệ sĩ Tiệp Khắc với con rồi “Robota” có tên gọi lục sĩ (Force man) đã giúp cho các nhà kỹ thuật có ý tưởng sáng tạo ra cơ cấu.

máy móc bắt chước thao tác lao động cơ bắp của con người. Chính từ đó, vào khoảng năm 1940, mẫu robot dau tién (Master-Slave Manipulators) ra đời tại phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge va Argonne ctia My, dé van chuyển các hoạt chất phóng xạ vả vảo năm 1961, Mỹ đã cho ra thị trường. một loại máy tự động vạn năng mỏi được gọi là người máy công nghiệp có tên UNIMAT. Từ đây công nghệ chế tạo robot bắt đầu phát triển mạnh, chủng.

được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống. Tuy nhiên, các robot xuất hiện vả được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp. Lớp robot này có đặc điểm. riêng vẻ kết câu, chức năng, đã được thông nhất hoá, thương mại hoá rộng rãi Chúng duge goi la Robot cong nghiép (Industrial Robot - IR) Thuật ngữ “robot công nghiệp” cũng cỏ nhiều quan điểm khác nhau.

Định ngiữa sau day do Viện nghiên cứu robot của Mỹ đẻ xuất được sử dụng rộng rãi: “Robot công nghiệp là tay máy vạn năng, hoạt động theo chương trình và có thẻ lập trình lại để hoàn thành vả nâng cao hiệu quả hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau trong công nghiệp, như vận chuyển nguyên vật liệu, chỉ tiết, dụng cụ hoặc. các thiết bị chuyên dùng khác”.