Báo cáo môn học kĩ thuật robot cánh tay robot irb1300

Điều nàybao gồm việc tạo ra một chương trình chỉ định các chuyển động, tốc độ và hành động của công cụ được gắn vào đầu thiết bị đầu cuối của robot.Chương trình về cơ bản trở thành “công

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY



Báo cáo môn học kĩ thuật Robot

Cánh tay Robot IRB1300

BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC VÀ ĐÁNH GIÁ HOÀN THÀNH CỦA

CÁC THÀNH VIÊN TRONG NHÓM STT Họ và tên Phân công công việc Đánh giá tỷ lệ hoàn thành

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

Điểm:

Ký tên

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 – VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1 Mục tiêu 5

1.2 Tìm hiểu tổng quan 5

1.2.1 Khái niệm 5

1.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 5

1.2.3 Vai trò của cánh tay robot 7

1.2.4 Phân loại cánh tay robot 8

1.2.3.1 Cánh tay robot lắp ráp 3

1.2.3.2 Cánh tay robot hàn 4

1.2.3.3 Cánh tay robot phun sơn 5

1.2.3.4 Cánh tay robot kiểm soát chất lượng trong sản xuất

1.4 Giới thiệu công ty ABB 9

1.5 Robot IRB1300 10

CHƯƠNG 2: KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ROBOT IRB1300 14

2.1 Cấu trúc robot IRB 1010 14

2.2 Thông số kỹ thuật 15

2.3 Không gian làm việc 17

CHƯƠNG 3: PHÉP XOAY – MA TRẬN CHUYỂN VỊ 19

3.1 Phép xoay động học - Ma trận chuyển vị đồng nhất 19

3.2 Ma trận xoay 19

3.3 Ma trận chuyển vị 21

CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC THUẬN 23

4.1 Biểu diễn Denavit – Hartenberg của bài toán động học Robot 23

4.2 Động học thuận robot IRB1010 26

4.2.1 Hệ trục tọa độ 26

4.2.2 Bảng Denavit – Hartenberg 28

4.2.3 Tính toán ma trận chuyển vị 29

CHƯƠNG 5: ĐỘNG HỌC NGHỊCH 32

5.1 Động học nghịch robot IRB1010 34

5.2 Ví dụ 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

CHƯƠNG I – VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Mục tiêu

Nắm được tổng quan lý thuyết về cánh tay robot

Nắm được kiến thức môn học, áp dụng các phép tính toán vào cánh tay robot

1.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Các khớp này được điều khiển bằng động cơ và bộ truyền động để thay đổi

vị trí và hướng của cánh tay

- Bộ điều khiển (Controller):

Bộ điều khiển của cánh tay robot điều khiển các động cơ và khớp củarobot, giúp robot thực hiện các thao tác chính xác Nó cũng giúp lập trìnhcác chuyển động và phản hồi của robot đối với các nhiệm vụ cụ thể

- Cánh tay (Link):

Các phần nối giữa các khớp được gọi là "links" Những phần này tạo nênhình dạng của cánh tay robot và giúp nó di chuyển đến các vị trí khác nhau.Mỗi link thường có một mô-tơ hoặc bộ truyền động để điều khiển chuyểnđộng

- End-Effector (Thiết bị cuối cùng):

Đây là phần ở cuối cánh tay robot, nơi thực hiện công việc như gắp, hàn,lắp ráp, hoặc vận chuyển vật liệu End-effector có thể là kẹp, bàn tay robot,hàn, hay các công cụ khác tùy theo ứng dụng của robot

B.Nguyên lý hoạt động của cánh tay robot:

1 Lập trình: Bước đầu tiên là xác định các nhiệm vụ của robot Điều nàybao gồm việc tạo ra một chương trình chỉ định các chuyển động, tốc độ và hành động của công cụ được gắn vào đầu (thiết bị đầu cuối) của robot.Chương trình về cơ bản trở thành “công thức” của robot để hoàn thành mộtnhiệm vụ

2 Điều khiển: Chương trình được đưa vào bộ điều khiển của robot, hoạtđộng giống như bộ não của robot Bộ điều khiển này về bản chất là mộtmáy tính giải thích chương trình và gửi hướng dẫn đến các bộ phận khácnhau của robot.

3 Chuyển động: Bộ điều khiển giao tiếp với các động cơ ở mỗi khớp củarobot Các động cơ này có thể là điện, thủy lực hoặc khí nén, tùy thuộc vào kích thước và công suất cần thiết của robot Khi bộ điều khiển gửi tín hiệu, các động cơ sẽ xoay các khớp, khiến cánh tay di chuyển theo chươngtrình

4 Phản hồi và Điều chỉnh: Để đảm bảo các chuyển động chính xác, cáccảm biến được tích hợp bên trong robot để cung cấp thông tin phản hồi cho

bộ điều khiển Các cảm biến này theo dõi vị trí và chuyển động của cánhtay theo thời gian thực Nếu có bất kỳ sai lệch nào so với chương trình(như lỗi nhỏ), bộ điều khiển có thể điều chỉnh tín hiệu động cơ để đưarobot hoạt động trở lại đúng hướng Vòng lặp phản hồi này rất quan trọng

để đảm bảo các chuyển động chính xác và nhất quán

5 Hoạt động của Thiết bị Đầu cuối: Thiết bị đầu cuối được gắn vào cổ taycủa robot thực hiện nhiệm vụ cụ thể Công cụ này có thể được tùy chỉnhcho các chức năng khác nhau, chẳng hạn như kẹp vật thể, hàn, sơn hoặc sửdụng một công cụ cụ thể Bộ điều khiển phối hợp chuyển động của cánhtay và hoạt động của thiết bị đầu cuối để hoàn thành nhiệm vụ được lậptrình

1.2.3 Vai trò của cánh tay robot

Cánh tay robot đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp

và sản xuất hiện đại Chúng giúp tự động hóa các công việc, giảm thiểu sựphụ thuộc vào lao động thủ công và nâng cao hiệu quả sản xuất Dưới đây

là một số vai trò chính của cánh tay robot:

- Tự động hóa quy trình sản xuất: Cánh tay robot thay thế công nhân trongcác công đoạn sản xuất lặp đi lặp lại, giúp tăng năng suất và giảm thời

gian sản xuất Robot có thể làm việc liên tục mà không cần nghỉ ngơi, từ

đó tối ưu hóa quy trình và giảm chi phí

- Tăng cường độ chính xác và chất lượng: Robot có khả năng thực hiện cáctác vụ với độ chính xác cao, giảm thiểu lỗi do con người, đặc biệt trong các công việc như lắp ráp, hàn, phun sơn, gia công và kiểm tra chất lượng.Điều này đảm bảo sản phẩm có chất lượng ổn định và đáp ứng yêu cầu kỹthuật khắt khe

- Tăng cường sự an toàn trong môi trường làm việc: Cánh tay robot có thểthực hiện các công việc nguy hiểm, như làm việc với các vật liệu độc hại,hàn, phun sơn hoặc gia công trong môi trường có nhiệt độ cao Điều nàygiúp giảm thiểu rủi ro cho người lao động và nâng cao an toàn trong quátrình sản xuất

- Tối ưu hóa không gian sản xuất: Cánh tay robot có thể hoạt động trongcác không gian hạn chế, điều này giúp tối ưu hóa không gian làm việc vàsắp xếp dây chuyền sản xuất một cách hợp lý Robot có thể làm việc ở cáckhu vực mà con người khó có thể tiếp cận

- Tiết kiệm chi phí và thời gian: Việc sử dụng robot giúp giảm chi phí laođộng, đồng thời tăng tốc độ sản xuất Chúng có thể làm việc liên tục màkhông cần nghỉ ngơi, điều này góp phần vào việc tiết kiệm thời gian sảnxuất và chi phí vận hành.

1.2.4 Phân loại cánh tay robot

1.2.4.1 Cánh tay robot lắp ráp

Cánh tay robot lắp ráp của ABB được thiết kế để tối ưu hóa quy trình sảnxuất và lắp ráp trong các ngành công nghiệp khác nhau, từ điện tử, ô tô chođến các sản phẩm tiêu dùng Các robot lắp ráp của ABB nổi bật với khả nă

ng linh hoạt, độ chính xác cao và hiệu suất vượt trội, giúp tăng năng suất

và giảm thiểu sai sót trong các công đoạn sản xuất

Cánh tay robot lắp ráp của ABB không chỉ tăng hiệu quả sản xuất mà còngiúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào lao động thủ công, nâng cao chất lượng

và độ tin cậy của các sản phẩm cuối cùng

Phân khu lắp ráp ô tô của nhà máy Vinfast Việt Nam Mọi thứ diễn ra

tuần tự và tự động hóa 100%.

1.2.4.2 Cánh tay robot hàn

Cánh tay robot hàn của ABB được thiết kế để tối ưu hóa các quy trình hàntrong sản xuất, mang lại hiệu suất cao, độ chính xác và sự linh hoạt Nhữngrobot hàn này có khả năng thực hiện các công đoạn hàn tự động như hànđiểm, hàn tiếp xúc, hàn hồ quang và hàn MIG/MAG, giúp tăng cường chấtlượng hàn, giảm thiểu sai sót và tăng năng suất trong các dây chuyền sảnxuất Với sự kết hợp giữa công nghệ cảm biến tiên tiến và hệ thống điềukhiển thông minh, robot hàn của ABB đảm bảo các mối hàn đạt chất lượngcao, đồng đều và ổn định

Các robot hàn của ABB có thể làm việc trong các môi trường khắc nghiệt,nơi có nhiệt độ cao và khói hàn, mà không ảnh hưởng đến hiệu suất Mộttrong những ưu điểm lớn của cánh tay robot hàn của ABB là khả năng tựđộng hóa các công đoạn hàn phức tạp, giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vàolao động thủ công, tăng cường độ chính xác và giảm thiểu khuyết tật hàn.Điều này không chỉ nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn giúp tiết kiệmthời gian và chi phí sản xuất.

1200 Robot ABB thế hệ mới nhất 6 bậc tự do phục vụ các công đoạn hàn

tại nhà máy Vinfast Việt Nam

Với công suất sản xuất 38 xe/giờ, 250.000 xe/năm, xưởng Hàn thân vỏVinFast là một trong những xưởng hàn ô tô có quy mô hiện đại bậc nhấtthế giới hiện nay

1.2.4.3 Cánh tay robot phun sơn

Cánh tay robot phun sơn của ABB được thiết kế để tối ưu hóa quy trìnhsơn trong sản xuất, mang lại hiệu quả cao, tiết kiệm sơn và cải thiện chấtlượng bề mặt Robot phun sơn của ABB có thể được sử dụng cho nhiềuứng dụng sơn khác nhau, bao gồm sơn bề mặt ô tô, đồ gia dụng, thiết bịcông nghiệp và các sản phẩm tiêu dùng Chúng có khả năng làm việc vớicác loại sơn khác nhau và có thể được điều chỉnh để phun sơn với độ mịn

và độ phủ đồng đều, giúp giảm thiểu sự lãng phí sơn và đạt được chấtlượng bề mặt cao

Cánh tay ROBOT phun sơn

Với các cảm biến tiên tiến và khả năng điều khiển thông minh, cánh tayrobot phun sơn của ABB có thể theo dõi và điều chỉnh chính xác lượng sơnđược phun, tốc độ và góc phun, đảm bảo rằng mỗi lớp sơn được áp dụngmột cách hoàn hảo Điều này không chỉ giúp tiết kiệm sơn mà còn đảm bảocác sản phẩm được sơn đều và có chất lượng bề mặt ổn định, giảm thiểucác khuyết tật như bọt khí, vết loang hay vết chảy sơn

Trong ngành công nghiệp sản xuất ngày nay, kiểm soát chất lượng sảnxuất là một thành phần quan trọng, đảm bảo rằng các sản phẩm được sảnxuất đáp ứng được những tiêu chuẩn xuất sắc đã được đề ra Điều đó dẫnđến việc áp dụng robot dần trở thành một tài sản quan trọng trong lĩnh vựcnày, giúp tăng cường quy trình đảm bảo chất lượng với độ chính xác vàhiệu quả cao Việc tích hợp robot vào quy trình kiểm soát chất lượng đãcung cấp cho nhà sản xuất một phương tiện đáng tin cậy để duy trì sự nhấtquán của sản phẩm khi đối mặt với những tiêu chuẩn phức tạp của quátrình sản xuất.

Hệ thống robot trong quy trình sản xuất đã đảm nhận vai trò then chốttrong việc đảm bảo chất lượng sản phẩm thông qua những quy trình phứctạp khác nhau Một trong những cách kiểm soát chất lượng phổ biến nhất

là thông qua hệ thống kiểm tra tự động, trong đó robot được trang bị hệthống camera và cảm biến có độ phân giải cao để kiểm tra tỉ mỉ các sảnphẩm khi chúng di chuyển dọc trong dây chuyền sản xuất

Hệ thống thị giác trong robot ứng dụng trong kiểm tra các mối hàn

trong quá trình lắp ráp ô tô

Trong ngành công nghiệp lắp ráp ô tô, robot được sử dụng để kiểm tra cácmối hàn và lớp sơn hoàn thiện, việc này vốn đòi hỏi một mức độ chi tiếthoàn thiện cao, vượt xa những gì người thường có thể làm được.

1.3 Giời thiệu về công ty ABB

ABB tại Trung Quốc ABB là một tập đoàn công nghệ về điện khí hóa và

tự động hóa, cho phép một tương lai bền vững và tiết kiệm tài nguyên hơn Các giải pháp của công ty kết nối bí quyết kỹ thuật và phần mềm để tối ưuhóa cách mọi thứ được sản xuất, di chuyển, hỗ trợ và vận hành ABB được thành lập vào năm 1988, khi ASEA Thụy Điển và BBC Brown Boveri của Thụy Sĩ sáp nhập dưới tên ABB, có trụ sở tại Zurich, Thụy Sĩ Với lịch sử xuất sắc kéo dài hơn 140 năm, thành công của ABB được thúc đẩy bởikhoảng 105.000 nhân viên tài năng tại hơn 100 quốc gia

Bước vào thị trường Việt Nam vào năm 1993 và hiện đang có năm cơ sởtrên toàn quốc để phục vụ các thị trường địa phương và khu vực bao gồmTrung tâm giải pháp và tự động hóa robot & tự động hóa tại Thành phố HồChí Minh, Văn phòng Đại diện tại Hà Nội, Nhà máy Phân phối Điện khíhóa và Trung tâm Dịch vụ Robotics ở Bắc Ninh

Nhà máy ABB – nơi ứng dụng nhiều sản phẩm công nghệ tiên tiến trong

sản xuất

1.3 Tổng quan về Robot ABB IRB1300

Robot ABB IRB 1300 là một cánh tay robot công nghiệp nhỏ gọn và linhhoạt, được thiết kế để nâng cao hiệu suất và độ chính xác trong các ứngdụng tự động hóa sản xuất, lắp ráp, kiểm tra và xử lý vật liệu Với tải trọngtối đa lên đến 12 kg và phạm vi làm việc tối đa 1400 mm, IRB 1300 có thểthực hiện các công việc phức tạp và chính xác ngay cả trong không gianlàm việc hạn chế, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất mà không cần chiếm quá nhiều diện tích Cánh tay robot này được trang bị 6 trục, mang lại khảnăng di chuyển và thao tác linh hoạt trong không gian 3D, cho phép thực hiện các nhiệm vụ như lắp ráp, vận chuyển, hàn, hoặc kiểm tra chất lượngvới độ chính xác cực cao

IRB 1300 được điều khiển thông qua bộ điều khiển OmniCore™ C90,cung cấp khả năng lập trình dễ dàng và linh hoạt, giúp các kỹ sư có thể lậptrình và điều chỉnh robot để thực hiện các công việc khác nhau một cáchnhanh chóng và hiệu quả Điều này giúp tiết kiệm thời gian và chi phí khi cần thay đổi quy trình sản xuất hoặc khi chuyển sang sản phẩm

mới Nhờ vào các tính năng tiên tiến như công nghệ cảm biến và phầnmềm điều khiển thông minh, ABB IRB 1300 có thể tự động điều chỉnh các thao tác để tối ưu hóa công việc và giảm thiểu lỗi trong quá trình sản xuất.

Cánh tay Robot ABB IRB1300

IRB 1300 là một trong những robot công nghiệp 6 trục mới nhất của ABB,với tải trọng 7 kg, 10 kg, 11 kg và 12 kg được thiết kế dành riêng cho cácngành sản xuất sử dụng tự động hóa dựa trên robot linh hoạt, ví dụ: Côngnghiệp 3C Robot có cấu trúc mở đặc biệt thích nghi cho việc sử dụng linhhoạt và có thể giao tiếp rộng rãi với các hệ thống bên ngoài

1.3.1 Các biến thể của cánh tay robot IRB1300

Robot công nghiệp sáu trục IRB 1300 có tầm với và khả năng nâng để phục vụ các ứng dụng tải trọng cao IRB 1300 hiện có bốn phiên bản:

o Phiên bản 12 kg / 1.4m

o Phiên bản 11 kg / 0,9 m

o Phiên bản 10 kg / 1,15 m

Link1 2D IRB 1300

Link 2 2D IRB 1300

Link 3 2D IRB 1300

Link4 2D IRB 1300

Link 5 2D IRB 1300

Kết cấu hoàn chỉnh 3D IRB 1300

CHƯƠNG 2 KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ABB IRB1300

2.1 Cấu trúc robot IRB 1300

Khớp xoay IRB 1300

Robot này gồm 6 trục:

- Trục 1 là trục gốc, chịu trách nhiệm quay robot quanh trục đứng (trục Zcủa robot) Nó cho phép cánh tay robot di chuyển từ trái sang phải hoặcxoay theo một góc nhất định

- Trục 2 có vai trò di chuyển phần cánh tay robot theo chiều lên xuống, cho phép robot có thể nâng hoặc hạ cánh tay Trục 2 giúp thay đổi góc củacánh tay, giúp robot có thể tiếp cận các vị trí cao hoặc thấp

- Trục 3 giúp robot di chuyển cánh tay theo hướng lên hoặc xuống từ khớpkhuỷu Nó kiểm soát độ dài tổng thể của cánh tay trong quá trình thực hiệncác công việc, cho phép tiếp cận vị trí xa hơn hoặc làm việc trong khônggian hạn chế một cách linh hoạt

- Trục 4 cho phép robot quay phần cổ tay (hoặc đầu cuối của cánh tay),giúp robot thực hiện các thao tác quay hoặc thay đổi góc của công cụ ở đầucánh tay Trục 4 chịu trách nhiệm di chuyển phần cuối của cánh tay trongkhông gian 3D, cho phép robot tiếp cận các vị trí khó khăn.

- Trục 5 cho phép cánh tay robot thay đổi góc của cổ tay theo chiều

nghiêng, tạo khả năng kiểm soát góc của công cụ ở đầu cánh tay trongcác ứng dụng phức tạp hơn, như hàn hoặc phun sơn

- Trục 6 cho phép xoay phần cổ tay (hoặc đầu cuối của cánh tay) theomột góc khác nhau, từ đó cung cấp khả năng điều khiển góc và hướngcủa công cụ hoặc đầu kẹp trong không gian ba chiều

2.2 Thông số kỹ thuật

2.2.1 Kích thước

Mức bảo vệ IP40 (tiêu chuẩn), IP67 (tùy chọn)

 Khi gắn trên tường

Force Endurance load (in

* Txy: momen uốn theo hướng bất kỳ trong mặt phẳng XY

* Tz: momen uốn trong mặt phẳng Z

2.2.4 Vận tốc tối đa trên các trục

230o/s 116o/s 138o/s 500o/s 415o/s 687o/s

2.2.5 Điều kiện vận hành

Nhiệt độ môi trường tối thiểu +5oC (41oF)

Nhiệt độ môi trường tối đa +45oC (113oF)

Độ ẩm môi trường tối đa 95% ở nhiệt độ không đổi

2.2.6 Điều kiện bảo quản

Nhiệt độ môi trường tối thiểu -25oC (-13oF)

Nhiệt độ môi trường tối đa +55oC (+131oF)

Độ ẩm môi trường tối đa 95% ở nhiệt độ không đổi

2.3 Không gian làm việc