Chương 1: Tổng quan về nền Robot hàn GVHD: TS. LÊ CHÍ CƯƠNG Hình 1. Robot hàn tự hành của hãng Ishimatsu Hình 1. Robot hàn cắt tự hành của hãng Bug-O Trong các tạp chí khoa học có uy tín về lĩnh vực robot, nhiều công trình đã được công bố và triển khai: - Sadek C.
Alfaro, Paul Drews, Intelligent, Systems for Welding Process Automation, J. of the Braz. Bài viết này trình bày và đánh giá các khái niệm và thực hiện hai hệ thống riêng biệt đa cảm biến cho hệ thống sản xuất tự động dựa trên phần cứng song song. Trong việc thực hiện tinh vi nhất, 12 bộ vi xử lý đã được tích hợp trong một hệ thống đa cảm biến song song.
Một số nút chuyên biệt trong mạng thần kinh nhân tạo (Artificial Neural Network) được sử dụng để cải thiện phép quang trắc dựa trên những tính toán quan sát được và giám sát sự kết hợp cảm biến với sự điều khiển logic mờ. Vùng thực HVTH: PHẠM MẠNH TRƯỜNG Trang 9 Chương 1: Tổng quan về nền Robot hàn GVHD: TS. LÊ CHÍ CƯƠNG hiện của các đơn vị xử lý phân tán và thông minh, nó đã chỉ ra rằng kiến trúc song song có thể cung cấp lợi thế đáng kể so với các hệ thống dựa trên các bus dữ liệu thông thường. Bài viết kết luận với sự so sánh trong những khía cạnh chính của phần mềm trung gian và thực hiện dựa trên DSP-robot cảm biến hướng dẫn.
Các đơn vị chính của hệ thống hàn đa cảm biến - Kyu-Yeul Lee, Tae-Wan Kim, Jongwon Kim, Nam-Kug Ku, Heonyoung Lim, Jongjin Woo, Sang Moo Lee, Soo-ho Kim, Modularized Control Architecture of an Embedded Controller for Mobile Welding Robot in the Shipyard, Proceedings of the 17th World Congress, The International Federation of Automatic Control Seoul, Korea, July 6-11, 2008. Nghiên cứu này mô tả sự phát triển của phần cứng điều khiển và phần mềm điều khiển một robot hàn di động, có thể di chuyển theo hướng ngang và dọc (bộ phận di chuyển), thực hiện các nhiệm vụ hàn các bộ phận hình chữ U và các bộ phận khung trong cấu trúc thân tàu (Nhiệm vụ hàn), và phát hiện các điểm của đường hàn (bộ phận cảm biến). Bộ phần cứng điều khiển bao gồm một bộ điều khiển chính và một bộ điều khiển máy hàn. Bộ điều khiển chính được gắn trên robot hàn di động, bao gồm một CPU, một bộ điều khiển chuyển động và một encoder điều khiển động cơ AC servo.
Bộ điều khiển máy hàn được gắn trên máy hàn nằm ở bên ngoài để điều khiển máy hàn. Giao tiếp giữa hai bộ điều khiển được thực hiện thông qua cổng RS485. Phần mềm điều khiển bao gồm 4 lớp: lớp quản lý, lớp lên kế hoạch, lớp đưa ra các hoạt động, và lớp chấp hành. Mỗi lớp bao nhiều gồm module như module hoạt động, module nguồn, module Servo, … Sự kết hợp thích hợp của của các module cho phép các phần mềm điều khiển để thực hiện các nhiệm vụ cần thiết.
Phần mềm điều khiển được phát triển bằng cách sử dụng lập trình C theo hệ điều hành QNX, được biết đến để có một hiệu suất đáng tin cậy ứng với thời gian thực. HVTH: PHẠM MẠNH TRƯỜNG Trang 10 Chương 1: Tổng quan về nền Robot hàn GVHD: TS. LÊ CHÍ CƯƠNG Hình 1. Cấu hình của bộ điều khiển nhúng cho các robot hàn di động 'RRX3' - Zhiguo Yan, De Xu, Yuan Li, and Min Tan, A Vision-Based Seam Tracking System for Submerged Arc Welding, Robot Weld.
& Automation, LNCIS 362, pp. Theo dõi đường hàn là một vấn đề quan trọng trong hàn tự động. Trong bài báo này, hệ thống theo dõi dựa trên kết cấu ánh sáng tia laser được trình bày như H. Bài viết thảo luận về cấu trúc của hệ thống này, và cũng giải thích nguyên tắc làm việc của hệ thống đặc biệt là các thuật toán xử lý hình ảnh.
Các thí nghiệm hàn mặt ngoài ống thép cho thấy rằng hệ thống này là rất mạnh mẽ với các môi trường khác nhau và nó có thể nâng cao hiệu quả hàn rất nhiều. Sơ đồ khối của hệ thống HVTH: PHẠM MẠNH TRƯỜNG Trang 11 Chương 1: Tổng quan về nền Robot hàn GVHD: TS. LÊ CHÍ CƯƠNG Hình 1. Cảm biến thị giác Bộ cảm biến thị giác được đặt trên một khung mà ngọn đuốc được gắn.
Trong quá trình hàn, các diode laser tạo ra một mặt phẳng chùm tia sáng. Khi mặt phẳng tia sáng laser được chiếu lên phôi, sẽ có một sọc laser trên bề mặt của phôi. Và hình dạng của dải tia laser phản ánh thông tin của đường hàn. Sau đó, một máy ảnh chụp hình ảnh của dải thông qua một bộ lọc quang học được đặt dưới máy ảnh.
Chỉ có ánh sáng có bước sóng từ 650 nm ÷ 690 nm có thể đi qua bộ lọc này (của laser bước sóng 670 nm). Vì vậy, đèn chiếu sáng dự phòng được loại bỏ và chất lượng của hình ảnh được cải thiện theo cách này. Sự liên kết giữa các môđun cảm biến hình ảnh và xử lý hình ảnh các môđun được hoàn thành bằng hình ảnh thu được. Nó chuyển dữ liệu từ các camera CCD tới các tín hiệu kỹ thuật số trong máy tính điều khiển công nghiệp.
- Yuan Li, De Xu, Zhiguo Yan, and Min Tan, Girth Seam Tracking System Based on Vision for Pipe Welding Robot, Robot. & Automation, LNCIS 362, pp. Một đường theo dõi hình tròn dựa trên cấu trúc ánh sáng cho con robot hàn đường ống được trình bày. Đầu tiên, các cảm biến thị giác được thiết kế dựa trên phân tích tia phản xạ laser trên bề mặt kết cấu hàn và mối quan hệ vị trí của máy ảnh, mặt phẳng tia laser và kết cấu hàn cho tác dụng của hình ảnh sọc laser.
Các thuật toán xử lý hình ảnh và các tính năng khai thác được phát triển trong trường hợp tia phản xạ nhiều lần xáo trộn nhiều trong hình ảnh đường hàn. Việc thử nghiệm một con robot hàn đường ống đã được tiến hành để xác minh tính hiện thực của đề tài này. HVTH: PHẠM MẠNH TRƯỜNG Trang 12 Chương 1: Tổng quan về nền Robot hàn GVHD: TS. LÊ CHÍ CƯƠNG Hình 1.
Cấu trúc của robot hàn ống của đề tài - Ngô Mạnh Dũng, Võ Hoàng Duy, Nguyễn Thanh Phương và Sang Bong Kim, Robust Control of Welding Robot for Tracking a Rectangular Welding Line, International Journal of Advanced Robotic Systems, Vol. Bài viết đưa ra phương pháp điều khiển một robot hàn (WR) để khâu cuối của nó để đi theo một đường hàn hình chữ nhật (RWL). WR bao gồm năm thiết bị truyền động sử dụng một động cơ DC như một nguồn năng lượng. Hai bộ điều khiển được đề xuất để kiểm soát khâu cuối của WR: một bộ điều khiển chính và một bộ điều khiển servo.
Thứ nhất, dựa trên phương trình động học của WR và các lỗi thông tin phản hồi của nó bằng cách sử dụng phương pháp hồi tiếp bước (backstepping), bộ điều khiển chính này được đề xuất để thiết kế các yếu tố đầu vào chuẩn cho các thiết bị truyền động của WR để khâu cuối của WR đi theo RWL. Thứ hai, dựa trên phương trình động năng của thiết bị truyền động WR, bộ điều khiển servo được thiết kế bằng cách sử dụng một phương pháp điều khiển xáo trộn hoạt động. Cuối cùng, một hệ thống điều khiển kết hợp với bộ điều khiển chính và các bộ điều khiển servo làm cho khâu cuối của WR đi theo RWL. HVTH: PHẠM MẠNH TRƯỜNG Trang 13 Chương 1: Tổng quan về nền Robot hàn GVHD: TS.
LÊ CHÍ CƯƠNG Hình 1. Đường hàn hình chữ nhật (RWL) Hình 1. Mô hình nguyên lý của Robot HVTH: PHẠM MẠNH TRƯỜNG Trang 14 Chương 1: Tổng quan về nền Robot hàn GVHD: TS. LÊ CHÍ CƯƠNG Hình 1.
Mô hình thực tế của robot - Phan Tấn Tùng, Chung Tấn Lâm, Ngô Mạnh Dũng, Hak Kyeong Kim, Sang Bong Kim, Decentralized Control Design for Welding Mobile Manipulator, Tạp chí quốc tế về khoa học và kỹ thuật cơ khí (KSME), tập 19, số 3, trang 756-767, 2005. + Đề tài đưa ra một mô hình động học của bệ đỡ (platform) tự hành và tay máy mang đuốc hàn gắn trên bệ đỡ, xem hai bộ phận này như hai hệ thống riêng biệt. + Thiết kế 2 bộ điều khiển một cách độc lập cho bệ đỡ tự hành và tay máy, mối quan hệ giữa 2 bộ điều khiển là vận tốc của bệ đỡ và tay máy. + Luật điều khiển dựa trên tiêu chuẩn ổn định Lyapunov.
- Yang Bae Jeon, Sang Bong Kim, Soon Sil Park, Modeling and Motion Control of Mobile for Lattice Type Welding, Tạp chí quốc tế KSME, tập 16, số 1, trang 83-93, 2002. + Xét bài toán điều khiển robot không nhiễu hệ thống và nhiễu ngoài. + Điều khiển đường hàn thồng qua 2 bánh xe robot bằng biến đổi hồi tiếp biến trạng thái. + Điều khiển mối hàn thông qua cần hàn bằng thuật toán PID.
+ Chỉ hàn theo đường thẳng và đường cong với thông số vận tốc dài bằng 0. - Bùi Trọng Hiếu, Nguyễn Tấn Tiến, Chung Tấn Lâm, Sang Bong Kim, A Simple Nonlinear Control of a Two-Wheeled Welding Mobile Robot, Tạp chí quốc tế về hệ thống điều khiển tự động, tập 1, số 1, 3/2003. + Xét bài toán điều khiển robot thông qua đặc tính động học, không nhiễu hệ thống và nhiễu ngoài. HVTH: PHẠM MẠNH TRƯỜNG Trang 15 Chương 1: Tổng quan về nền Robot hàn GVHD: TS.
LÊ CHÍ CƯƠNG + Đề xuất cơ cấu đo sai số đường hàn và đưa ra luật điều khiển theo các sai số đo được đó dựa trên tiêu chuẩn ổn định Lyapunov. + Chỉ điều khiển bám theo đường hàn có vận tốc thay đổi góc nghiêng cố định. - Bùi Trọng Hiếu, Chung Tấn Lâm, Sang Bong Kim, Adaptive Tracking Control of Two-Wheeled Welding Mobile Robot with Smooth Curved Welding Path, Tạp chí quốc tế KSME, tập 17, số 11, trang 1682-1692, 2003. + Xét bài toán điều khiển robot thông qua đặc tính động lực học, nhiễu hệ thống là momen quán tính của robot.
+ Đưa ra luật điều khiển dựa trên tiêu chuẩn ổn định Lyapunov có ước lượng thông số momen quán tính. + Chỉ điều khiển bám theo đường hàn có vận tốc thay đổi góc nghiêng cố định. - Ngô Mạnh Dũng, Võ Hoàng Duy, Nguyễn Thanh Phương, Sang Bong Kim, Myung Suck Oh, Two-Wheeled Welding Mobile Robot for Tracking a Smooth Curved Welding Path Using Adaptive Sliding-Mode Control Technique, Tạp chí quốc tế về hệ thống điều khiển tự động, tập 5, số 3, trang 283-294, 6/2007. + Xét bài toán điều khiển robot thông qua đặc tính động học và lực học, nhiễu là sai số đo giữa đầu hàn và đường hàn.
+ Đưa ra luật điều khiển mặt trượt cho các sai số đo và có ước lượng nhiễu. Mô hình nguyên lý của robot hàn di động dùng để hàn góc HVTH: PHẠM MẠNH TRƯỜNG Trang 16 Chương 1: Tổng quan về nền Robot hàn GVHD: TS. LÊ CHÍ CƯƠNG Hình 1.