Chương 1: Tổng quan về robot công nghiệp, ứng dụng, mục tiêu, nhiệm vụ, tổ chức luận văn. Chương 2: Mô phỏng động học vị trí của robot IRB6600 sử dụng phần mềm Robot studio của hãng ABB. Chương 3: Mô hình robot 5DOF sử dụng trong luận văn Chương 4: Giải thuật điều khiển robot gắp vật Chương 5: Thực nghiệm và đánh giá kết quả Chương 6: Tổng kết và hướng phát triển đề tài 8 CHƢƠNG 2: MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC VỊ TRÍ CỦA ROBOT IRB6600 SỬ DỤNG PHẦN MỀM ROBOTSTUDIO CỦA HÃNG ABB.1 Giới thiệu chƣơng trình RobotStudio: RobotStudio là phần mềm lập trình và mô phỏng của hãng ABB, tạo nên môi trường gần giống với thực tế sản xuất nhất nhờ các tính năng tiên tiến nhằm nâng cao và tối ưu hiệu quả hoạt động của robot trước khi đưa hệ thống vào sản xuất thực tế. Các tính năng nổi bật của phần mềm RobotStudio gồm , CAD Import các dữ liệu CAD được thiết kế với các phần mềm chuyên dụng như SOLIDWORKS, CATIA, INVENTOR có thể được IMPORT dễ dàng vào môi trường làm việc trong RobotStudio.
Điều này giúp cho việc lập trình có thể diễn ra chính xác và gần gũi với thực tế. Auto Path từ dữ liệu CAD của chi tiết cần gia công, tính năng Auto Path giúp tạo ra đường đi của của Robot một cách chính xác, tính năng Auto Reach sẽ giúp kiểm tra khả năng với tới mục tiêu hay không để từ đó có thể bố trí không gian làm việc một cách chính xác và hợp lý nhất. Collision detection phát hiện xung đột là một đặc tính giúp ngăn chặn các thiệt hại về chi phí đối với thiết bị bằng cách cho phép người sử dụng lựa chọn các chi tiết nhất định để RobotStudio có thể tự động giám sát và để ý xem có xung đột hay không khi chạy một chương trình. Robot Virtual FlexPendant là bản sao đồ hoạ chính xác của FlexPendant “thực tế” và được hỗ trợ bởi “Virtual Robot”.
Về cơ bản, tất cả những gì được thực hiện được bằng FlexPendant thực tế thì có thể được thực hiện trên “Virtual FlexPendant”, khiến cho chương trình này trở thành một công cụ giảng dạy và đào tạo tuyệt vời. True Upload và Download, toàn bộ chương trình robot có thể tải về từ RobotStudio xuống hệ thống thực tế mà không cần thêm bất cứ sự chuyển đổi nào. Lợi ích cho quá trình sản xuất thực tế RobotStudio sẽ giúp cho các nhà sản xuất tiết kiệm thời gian và tiền bạc, giảm rủi ro bằng cách mô phỏng, xác định các giải pháp và các cách bố trí hợp lý. Lập trình cho các chi tiết mới mà không làm ảnh 9 hưởng tới dây chuyển sản xuất.
Tối ưu hóa các chương trình của Robot để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm thông qua tạo ra các đường đi chính xác hơn.2 Các bƣớc lập trình bằng phần mềm RobotStudio Thiết kế Xác định layout sơ quỹ đạo Lập trình Mô phỏng Tối ưu hóa bộ hệ chuyển động hệ thống thống của Robot Hình 2.1: Mô tả các bước lập trình bằng phần mềm RobotStudio 2.3 Rapid programing RobotStudio sử dụng ngôn ngữ Rapid programing trong lập trình điều khiển Robot và các thiết bị ngoại vi. Một chương trình thường được xây dựng dựa trên 4 phần , main routine ( chương trình chính), Subroutines/Procedures (chương trình con/ thủ tục, để chia chương trình ra nhiều phần nhỏ, có thể được gọi từ chương trình chính hoặc chương trình con khác) Program data (dùng để khai báo vị trí, các biến số, các hệ trục tọa độ) và System module ( các module hệ thống có sẵn trong bộ nhớ khi được cài đặt).2: Cấu trúc chương trình trong RAPID 10 Các Data thông dụng: Speed data: dùng để thiết lập tốc độ chuyển động Ví dụ: v5, v10 có TCP (tool center point) lần lượt là: 5 mm/s, 10 mm/s Robtarget: dùng để xác định 1 vị trí cho Robot Ví dụ: CONST robtarget T1_P1:=[[145,15,110],[0,0,1,0],[0,0,1,1],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]]; Tên của target: T1_P1 Tọa độ so với robot base: (x,y,z) = (145,15,110) Hướng (quaternioner): (q1,q2,q3,q4) = (0,0,1,0) Cấu hình robot: khớp (1,4,6,x) = (0,0,-1,1) Tool data: dùng để khai báo đặc tính cho công cụ sẽ sử dụng (tay gắp, băng tải…) Ví dụ: PERS tooldata tGun:=[TRUE,[[74,0,107],[0.3: Mô phỏng quỹ đạo di chuyển của robot bằng phần mềm RobotStudio.4: Mô phỏng quỹ đạo di chuyển của robot xếp thùng carton lên pallet bằng phần mềm RobotStudio. 12 CHƢƠNG 3: MÔ HÌNH ROBOT 5 BẬC TỰ DO ĐƢỢC SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN.1 Tổng quan về robot 5 bậc tự do sử dụng trong luận văn. Robot được sử dụng trong luận văn là cánh tay robot 5 bậc tự do gồm 5 khớp xoay được thiết kế sẵn.
Robot bao gồm phần tay máy được thiết kế với 3 bậc tự do và phần cổ tay được thiết kế với 2 bậc tự do. Do được thiết kế như vậy, vị trí x, y, z của end-effector sẽ được quyết định bởi 3 khớp xoay đầu tiên, 2 khớp xoay còn lại sẽ điều khiển hướng của end-effector.1: Mô hình thực tế robot sử dụng trong luận văn.2: Kích thước các chi tiết trên mô hình robot.3: Sơ đồ động học robot 14 Hệ dẫn động của robot là các động cơ điện DC servo của hãng Harmonic Driver, nguồn cấp động cơ là nguồn 24V, encoder có độ phân giải là 200 xung/vòng. Động cơ sử dụng hộp giảm tốc Harmonic. Dựa vào datasheet động cơ của hãng ta có được các thông số động cơ tại các khớp như sau: Bảng 3.1: Thông số các động cơ tại khớp của robot Độ phân giải Tỉ số truyền Maximum Tỉ số truyền encoder Khớp ngoài bánh output Torque hộp giảm tốc (xung/vòng) răng (N.5 Để có thể điều khiển được cánh tay robot cần phải tính toán động học, động lực học và điều khiển cánh tay di chuyển theo quỹ đạo trên phần mềm mô phỏng.4: Cánh tay robot trên SolidWork 15 3.2 Thiết kế tay gắp Tùy theo công dụng của robot được sử dụng trong quá trình công nghệ , phần công tác cuối cùng của tay máy được trang bị những bộ phận công tác khác nhau, có thể là những thiết bị gắp, kẹp để thực hiện việc gắp và giữ đối tượng, cũng có thể là những dụng cụ khác như đầu hàn hồ quang tự động, đầu phun sơn, phun men.
Theo mục tiêu của luận văn cần thiết kế một tay kẹp để lắp sản phẩm trên băng tải. Cơ cấu đầu gắp đảm nhiệm vai trò rất quan trọng trong việc điều khiển chính xác vị trí của robot cũng như điều khiển bám quỹ đạo. Ngoài ra đầu gắp còn rất quan trọng trong nhiệm vụ chính là gắp chính xác để giữ vật. Do đó thiết kế cơ cấu đầu gắp cho robot 5 bậc tự do cần phải có sự đòi hỏi về độ chính xác, khả năng linh hoạt theo các hướng, kết cấu đơn giản, đảm bảo lực kẹp giữ vật chắc chắn, nhanh và chính xác, tải nhẹ và dễ dàng di chuyển trong không gian.
Từ những yêu cầu trên, dưới đây là một số phương án phân tích lựa chọn.1 Phƣơng án hệ dẫn động cho tay gắp. Tay gắp sử dụng động cơ điện Ưu điểm : nhỏ gọn là một trong những ưu điểm nổi bật, cơ cấu tác động nhanh và chính xác. Có thể thay đổi áp suất kẹp ,có khả năng áp dụng kỹ thuật điều khiển phức tạp cho các chuyển động, giá thành không cao và nhiều động cơ có momen lớn. Nhược điểm : khe hở bộ truyền bánh răng làm giảm độ chính xác, có thể gây quá nhiệt khi quá tải.
Tay gắp sử dụng xi lanh khí nén Ưu điểm : nhả và kẹp nhanh, giá thành không cao, nguồn khí nén phổ biến trong công nghiệp, cơ cấu tác động có thể dừng mà không hư hỏng. Nhược điểm : lực kẹp không lớn, áp suất khí nén giới hạn sự điều khiển và độ chính xác. Khí xả gây ồn, khí bị rò rỉ gây trở ngại, khó điều khiển tốc độ. 16 Tay gắp sử dụng xi lanh thủy lực Ưu điểm : lực kẹp lớn, có thể chịu tải trọng nặng, tốc độ chạy êm.
Nhược điểm : Giá thành chi phí cao, không thích hợp với cơ cấu tác động nhanh. Cần có hệ thống xả dầu, chiếm diện tích so với các nguồn dẫn động khác. Sự rò rỉ dầu dây ô nhiễm và nguy hiểm. Kết luận : Từ những yêu ưu và nhược điểm của từng hệ, chọn phương án tay kẹp sử dụng nguồn dẫn động là động cơ điện.
Do tay kẹp sử dụng động cơ điện có khả năng kẹp giữ vật nhanh, chính xác, có thể điều chỉnh được lực kẹp dễ dàng.2 Phân tích lựa chọn động cơ điện cho tay gắp Động cơ bƣớc Ưu điểm : điều khiển chính xác góc quay, giá thành rẻ. Nhược điểm : dòng từ driver tới cuộn dây động cơ không thể tăng hoặc giảm trong lúc hoạt động. Do đó, nếu bị quá tải động cơ sẽ bị trượt bước gây sai lệnh trong điều khiển. Động cơ bước gây nhiễu ,rung động và không thích hợp cho các ứng dụng cần tốc độ cao.
Động cơ servo Ưu điểm : vòng điều khiển là vòng kín ,nếu tải đặt vào động cơ tăng bộ điều khiển sẽ tăng dòng tới cuộn dây động cơ giúp tiếp tục quay, tránh hiện tượng trượt bước động cơ và có thể hoạt động ở tốc độ cao. Nhược điểm : động cơ servo hoạt động không trùng khớp với lệnh điều khiển bằng động cơ bước, giá thành cao. Khi dừng lại, động cơ servo thường dao động tại vị trí dừng dây rung lắc.2: Bảng so sánh động cơ bước và động cơ servo Các tính năng Động cơ bƣớc Động cơ servo Mạch phức tạp. Người dùng thường người sử dụng Mạch driver có thể chế tạo chúng phải mua mạch driver từ các nhà sản xuất.
Nhiễu và rung động Đáng kể Rất ít Chậm (tối đa 1000-2000 Nhanh hơn (tối đa 3000- Tốc độ rpm) 5000 rpm) Có thể xảy ra (Nếu tải Hiện tượng trượt bước Khó xảy ra (Động cơ vẫn quá lớn) Khó xảy ra chạy trơn tru nếu tải đặt vào tăng) Phương pháp điều Vòng hở (không Vòng kín (có encoder) khiển encoder) Giá thành Rẻ Đắt (Động cơ + driver) 2 pha PM: 7.5° (48 ppr) Phụ thuộc độ phân giải 2 pha HB: 1.8° (200 ppr) Độ phân giải của encoder.9° (400 ppr) Thông thường vào 5 pha HB: 0.036° (10000ppr) ppr) Kết luận : dựa vào yêu cầu của tay gắp cần đảm bảo độ cứng vững, ít rung động có thể hoạt động ở tốc độ cao. Do đó, phương án sử dụng động cơ servo được chọn để đáp ứng yêu cầu trên.3: Bảng so sánh các loại động cơ servo DC servo DC servo có R/C servo không chổi AC servo chổi than than Vòng điều Vận hành ở tốc Có những ưu Điều khiển khiển là vòng độ cao, vận hành điểm và khắc chính xác kín, có thể êm, tỷ lệ moment phục được moment lớn, điều khiển trên khối lượng những nhược chi phí bảo trì chính xác vị cao.