Tìm Hiểu Về Robot KUKA KR6/2: Đặc Điểm và Ứng Dụng

Tài liệu nghiên cứu Tìm hiểu về robot kuka kr62, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về ., phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

• Tác giả: Trần Quang Khải
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Mạnh Tiến
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Robot
• Đề tài: Tìm Hiểu Robot KUKA KR6/2: Đặc Điểm và Ứng Dụng
• Loại tài liệu: Báo Cáo Bài Tập Lớn
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT
• 1.1. Sự ra đời của robot
• 1.2. Phân loại robot
• 1.2.1. Phân loại theo số bậc tự do
• 1.2.2. Phân loại theo cấu trúc động học
• 1.3. Một số robot chuỗi hở thường gặp
• 1.3.1. Tay máy tọa độ vuông góc (Cartesian robot/ Gantry robot)
• 1.3.2. Tay máy tọa độ trụ (Cylindrical robot)
• 1.3.3. Tay máy tọa độ cầu (Spherical/Polar robot)
• 1.3.4. Tay máy toàn khớp bản lề
• 1.4. Ứng dụng của robot
• 1.5. Về robot KUKA
• 1.5.1. Tổng quan về robot của hãng KUKA
• 1.5.2. Robot KUKA KR6/2
• 2. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT KUKA KR6/2 6 BẬC TỰ DO
• 2.1. Tính toán động học robot KUKA 6 bậc tự do
• 2.1.1. Phân tích bài toán động học
• 2.2. Bài toán động học thuận
• 3. CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA ROBOT KUKA KR6/2
• 3.1. Bộ điều khiển
• 3.2. Bảng Điều khiển
• 3.3. Phần mềm lập trình
• 3.3.1. Các phương pháp lập trình Robot KUKA
• 3.3.2. Lập trình dạy điểm
• 3.3.3. Lập trình điều khiển theo phần mềm offline
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Robot KUKA KR6 2 Đặc Điểm Nổi Bật

Robot KUKA KR6/2 là một trong những sản phẩm nổi bật của hãng KUKA, được thiết kế với 6 bậc tự do, cho phép thực hiện nhiều nhiệm vụ trong sản xuất công nghiệp. Với tải trọng tối đa 6 kg và độ chính xác lặp ±0,1 mm, robot này đã chứng minh được hiệu suất cao trong nhiều ứng dụng khác nhau. Sự linh hoạt và khả năng hoạt động trong môi trường khắc nghiệt đã khiến KUKA KR6/2 trở thành lựa chọn hàng đầu cho các nhà sản xuất.

1.1. Đặc Điểm Kỹ Thuật Của Robot KUKA KR6 2

Robot KUKA KR6/2 có khối lượng 205 kg và vận tốc tối đa 2 m/s. Với thiết kế 6 bậc tự do, robot này có khả năng thực hiện các chuyển động phức tạp, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.

1.2. Lịch Sử Phát Triển Của Robot KUKA

KUKA được thành lập vào năm 1898 và đã phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực robot công nghiệp. Robot KUKA KR6/2 là một trong những sản phẩm tiêu biểu, thể hiện sự tiến bộ trong công nghệ tự động hóa.

II. Thách Thức Trong Việc Ứng Dụng Robot KUKA KR6 2

Mặc dù robot KUKA KR6/2 có nhiều ưu điểm, nhưng việc triển khai và ứng dụng nó trong sản xuất cũng gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như chi phí đầu tư ban đầu cao, yêu cầu về kỹ thuật lập trình và bảo trì thường xuyên là những yếu tố cần được xem xét.

2.1. Chi Phí Đầu Tư Ban Đầu Cao

Việc đầu tư vào robot KUKA KR6/2 đòi hỏi một khoản chi phí lớn, điều này có thể là rào cản đối với nhiều doanh nghiệp nhỏ và vừa.

2.2. Yêu Cầu Về Kỹ Thuật Lập Trình

Lập trình robot KUKA KR6/2 yêu cầu kiến thức chuyên môn cao. Điều này có thể gây khó khăn cho các kỹ sư mới vào nghề hoặc những người không có kinh nghiệm.

III. Phương Pháp Tối Ưu Hóa Hiệu Suất Robot KUKA KR6 2

Để tối ưu hóa hiệu suất của robot KUKA KR6/2, các doanh nghiệp cần áp dụng những phương pháp lập trình và bảo trì hiệu quả. Việc sử dụng phần mềm lập trình chuyên dụng và thực hiện bảo trì định kỳ là rất quan trọng.

3.1. Sử Dụng Phần Mềm Lập Trình Chuyên Dụng

Phần mềm lập trình như KUKA SimPro giúp lập trình viên mô phỏng và tối ưu hóa quy trình làm việc của robot, từ đó nâng cao hiệu suất làm việc.

3.2. Bảo Trì Định Kỳ Để Đảm Bảo Hiệu Suất

Bảo trì định kỳ giúp phát hiện và khắc phục kịp thời các vấn đề kỹ thuật, từ đó duy trì hiệu suất hoạt động của robot KUKA KR6/2.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Robot KUKA KR6 2 Trong Sản Xuất

Robot KUKA KR6/2 được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất như lắp ráp, hàn, và đóng gói. Khả năng làm việc linh hoạt và chính xác của robot này đã giúp nhiều doanh nghiệp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

4.1. Ứng Dụng Trong Lĩnh Vực Lắp Ráp

Robot KUKA KR6/2 thường được sử dụng trong dây chuyền lắp ráp, giúp giảm thiểu thời gian và chi phí sản xuất.

4.2. Ứng Dụng Trong Hàn Và Đóng Gói

Với khả năng hàn chính xác, robot KUKA KR6/2 là lựa chọn lý tưởng cho các nhà máy sản xuất ô tô và thiết bị điện tử.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của Robot KUKA KR6 2

Robot KUKA KR6/2 không chỉ là một sản phẩm công nghệ tiên tiến mà còn là biểu tượng cho sự phát triển của ngành công nghiệp tự động hóa. Tương lai của robot này hứa hẹn sẽ còn nhiều tiềm năng với sự phát triển không ngừng của công nghệ.

5.1. Tiềm Năng Phát Triển Trong Ngành Công Nghiệp

Với sự gia tăng nhu cầu tự động hóa, robot KUKA KR6/2 sẽ tiếp tục được cải tiến và phát triển để đáp ứng nhu cầu thị trường.

5.2. Xu Hướng Tương Lai Của Robot Công Nghiệp

Xu hướng sử dụng robot trong sản xuất sẽ ngày càng gia tăng, đặc biệt là trong các lĩnh vực yêu cầu độ chính xác cao và hiệu suất làm việc tối ưu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan về Robot Hình 1. Tải trọng của Robot KUKA KR6/2 14 Chương 2: Tính toán động học Robot KUKA KR6/2 6 bậc tự do Chương 2 : TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT KUKA KR6/2 6 BẬC TỰ DO 2.1 Tính toán động học robot KUKA 6 bậc tự do 2.1 Phân tích bài toán động học Hình 1. Các khớp của robot KUKA Đây là bước cơ sở cho việc thiết kế Robot, từ đó có thể giải bài toán điều khiển robot theo quỹ đạo. Từ đây ta mới có đủ thông số để điều khiển robot theo một quỹ đạo cho trước hoặc với lực cho trước ta tìm được quỹ đạo chuyển động nhất định.

Sau đây là phần tính toán động học cho Robot KUKA 6 bậc tự do mà cụ thể ứng dụng để giải bài toán động học cho robot KUKA KR6/2. Thực chất của việc giải bài toán động học là đi giải hai bài toán động học sau:  Bài toán động học thuận: Biết góc quay của các khớp, tìm vị trí và hướng của khâu chấp hành cuối cùng. 15 Chương 2: Tính toán động học Robot KUKA KR6/2 6 bậc tự do  Bài toán động học ngược: cho biết vị trí của khâu chấp hành cuối cùng, tìm góc quay của các khớp tương ứng, tức là tìm thông số điều khiển cho từng khâu để đảm bảo vị trí của khâu chấp hành Do tính chất công việc của từng robot mà quỹ đạo hoạt động của nó tạo ra một số bài toán về điều khiển như sau:  Nếu không quan tâm đến quỹ đạo chuyển động mà chỉ quan tâm đến trong khoảng thời gian cho trước robot đi đến đúng vị trí điểm làm việc. Do vậy mà bài toán trở nên đơn giản hơn.

Nó chỉ cần thỏa mãn điều kiện trong phần thiết kế quỹ đạo là được. Tức là vận tốc điểm đầu và điểm cuối bằng 0.  Do điều kiện làm việc mà khi di chuyển từ điểm đầu đến điểm cuối, chúng ta bắt buộc phải đi qua một số điểm trung gian nhất định. Dạng này chúng ta có thể dùng phép nội suy để tạo ra một quỹ đạo trơn đi qua các điểm đó.

Điều kiện liên tục về quỹ đạo và vận tốc được thỏa mãn.  Khâu chấp hành phải đi theo một quỹ đạo cho trước và có thể biết trước luật chuyển động dọc theo quỹ đạo nào đó. Đây là bài toán điều khiển robot đi theo quỹ đạo với vận tốc biết trước. Ở đây chúng ta trình bày phần tính toán cho trường hợp: Điều khiển robot đi theo quỹ đạo cho trước.

16 Chương 2: Tính toán động học Robot KUKA KR6/2 6 bậc tự do 2.2 Bài toán động học thuận Bảng 2. Bảng giới hạn chuyển động các khớp của robot KUKA Trục Giới hạn chuyển động 0 Tốc độ ( /sec) 1 1850 152 2 1150 tới 550 152 3 700 tới 2100 152 4 3500 250 5 1300 357 6 3500 660 Bộ thông số D-H: Ta xây dựng động học qua bộ thông số DH: Theo Denavit và Hartenberg, hai ông đã đề xuất dùng mà trận đồng nhất 4x4 để mô tả quan hệ giữa hai khâu liên tiếp trong cơ cấu không gian. Trước hết ta xác định bộ thông số cơ bản giữa hai trục quay của hai khớp i+1 và i: ai là độ dài đường vuông góc chung giữa hai trục khớp động i+1 và i    i là góc chéo giữa hai trục khớp động i+1 và i d i là khoảng cách đo dọc trục khớp động i kể từ đường vuông góc chung  giữa khớp động i+1 và trục khớp động i tới đường vuông góc chung giữa trục khớp động i và khớp động i-1.  i là góc giữa hai đường vuông góc nói trên Biến khớp:  Nếu khớp động i là khớp quay thì biến khớp là i  Nếu khớp động i là khớp tịnh tiến thì biến khớp là di 17 Chương 2: Tính toán động học Robot KUKA KR6/2 6 bậc tự do Hình 1.

Các khớp của robot KUKA Hình trên biểu diễn các khớp quay của robot KUKA KR6/2. Trong đó có thể gọi các khớp A1, A2, A3 lần lượt là: Khớp hông (waist), khớp bả vai (shoulder), khớp khuỷu tay (elbow), tập hợp cả 3 khớp này gọi là cánh tay (arm), các khớp A1, A2, A3 quyết định vị trí của khâu chấp hành cuối cùng (điểm P trên hình 2. Các khớp A4, A5, A6 còn lại gọi chung là khớp cổ tay (wrist), chúng quyết định hướng của khâu chấp hành cuối cùng có tâm quay đặt tại điểm P. Thiết lập các hệ tọa độ: Khi gắn các hệ tọa độ với các khâu, có một số lưu ý sau: Gốc của hệ tọa độ gắn liền với khâu thứ i (gọi là hệ tọa độ thứ i) đặt tại giao điểm giữa hai đường vuông góc chung a i và trục khớp i+1.

Trường hợp hai trục giao nhau thì gốc hệ tọa độ lấy trùng với giao điểm đó. Nếu hai trục song song với nhau thì chọn gốc hệ tọa độ là điểm bất kì trên trục khớp i+1. Trục zi của hệ tọa độ thứ i nằm nằm dọc theo trục khớp i+1. 18 Chương 2: Tính toán động học Robot KUKA KR6/2 6 bậc tự do Trục x i của hệ tọa độ thứ i nằm dọc theo đường vuông góc chung và hướng từ khớp i đến khớp i+1.

Trường hợp hai trục giao nhau thì hướng của trục x i trùng với hướng của vecto tích z i  zi1 , tức là vuông góc với mặt phẳng chứa hai trục zi , zi1 và phương trùng phương với vecto tích có hướng của hai trục. Hinh vẽ sau đây thể hiện các khung tọa độ đặt trên robot KUKA KR6/2: X1 Z1 Hình 1. Các khung tọa độ đặt trên robot KUKA KR6/2 Sau khi gắn các khung tọa độ trên các khâu và khớp của robot theo nguyên tắc ta có các thông số cho bảng D-H như sau: 19 Chương 2: Tính toán động học Robot KUKA KR6/2 6 bậc tự do Khâu i di ai i Khớp 1 1 0 a1  300 900 R 2 2 0 a2  650 00 R 3 3 0 a3  155 900 R 4 4 d 4  600 0 900 R 5 5 0 0 900 R 6 6 d 6  125 0 00 R Bảng 1. Bảng thông số D-H Mô hình biến đổi: Trên cơ sở đã xây dựng các hệ tọa độ với 2 khâu động liên tiếp như trên đã trình bày, ta có thể thiết lập mối quan hệ giữa 2 hệ tọa độ liên tiếp theo 4 bước sau đây: 1- Quay quanh trục zi-1 một góc i 2- Tịnh tiến dọc trục zi-1 một đoạn di 3- Tịnh tiến dọc trục x i-1 (đã trùng với x i ) một đoạn ai 4- Quay quanh trục x i một góc  i Bốn bước này được biểu diễn bằng tích các ma trận thuần nhất sau: A i =R(z,θi ).R(x,α i ) Sau khi thực hiện các phép nhân ma trận đơn giản (quay, tịnh tiến), ta có: Cθi -Sθi Cαi SθiSαi a i Cθi  S Cθi Cαi -CθiSαi a iSθi  i-1 Ai =  θi  0 Sαi Cαi di     0 0 0 1  Thay các giá trị trong bảng DH ta được các ma trận:  C1 0 S1 a1C1   C2 -S2 0 a 2C2  C3 0 S3 a 3C 3  S  0 -C1 a1S1  1 S C2  0 a 2S2  2  S 0 -C a 3S3  0 A1 =  1 A2 =  2 A3 =  3 3 0 1 0 0  0 1 1 0  0 1 1 0        0 0 0 1 ; 0 0 0 1 ; 0 0 0 1  20 Chương 2: Tính toán động học Robot KUKA KR6/2 6 bậc tự do  C4 0 -S4 0  C5 0 S5 0  C6 -S6 0 0 S 0 C4  0 4 S 0 -C5  0 5 S C6 0 0  3 A4 =  4 A5 =  5 A6 =  6 0 -1 0 d4  0 1 0 0 0 0 1 d6        0 0 0 1; 0 0 0 1 ; 0 0 0 1 Phương trình động học thuận: Ma trận tích Ti là tích các ma trận A i là ma trận mô tả vị trí và hướng của hệ tọa độ gắn liền với khâu thứ i, so với hệ tọa độ cố định: Ti =A1.

Trong trường hợp i = n, với n là số hiệu chỉ hệ tọa độ gắn liền với điểm tác động cuối (End-Effector) thì ta có: TE =Tn  nx sx ax px  n sy ay p y  Tn  A1.A 2 …A n   y n z sz az pz    0 0 0 1 D(d x ,d y ,d z ) Ở đây tọa độ điểm cuối là: , còn điểm P quyết định vị trí của điểm D. Vì vậy vị trí và hướng của khâu chấp hành cuối được cho bởi ma trận:  nx sx ax px  n sy ay p y   y n z sz az pz  0   A 6 = 0 A1.5A 6 =  0 0 0 1 Nhân 3 ma trận đầu với nhau ta được: C1C23 S1 C1S23 C1 (a1 +a 2C2 +a 3C 23 )  S C -C1 S1S23 S1 (a1 +a 2C 2 +a 3C23 )  0 A 3 = 0 A1.2 A 3   1 23  S23 0 -C 23 a 2S2 +a 3S23     0 0 0 1  Nhân 3 ma trận còn lại với nhau ta được: 21 Chương 2: Tính toán động học Robot KUKA KR6/2 6 bậc tự do  C4 C5C6 -S4S6 -C4 C5S6 -S4 C6 C4S5 d 6C 4S5  S C C +C S -S4 C5S6 +C 4C 6 S4S5 d 6S4S5  3 A6 = A 4. A6 =  4 5 6 4 6 3 4 5  -S5C6 S5S6 C5 d 4 +d 6 C5     0 0 0 1  0 0 3 Ta có phương trình cân bằng sau: A 6 = A 3 .