Phần mở đầu giới thiệu hệ thống robot công nghiệp và hệ thống sản xuất linh hoạt FMS

Trong đó cơ điện tử được định nghĩa là sự tích hợp của cơ khí, điện tử và điều khiển máy tính thông minh trong một thiết kế, chế tạo các sản phẩm và quy trình công nghiệp.. Trong cùng nă

PHẦN MỞ DẦU

GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ROBOT CÔNG NGHIỆP VÀ HỆ

THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS

I. TỔNG QUAN VỀ CƠ ĐIỆN TỬ

Cơ điện tử(Mechatronics) là một kịch bản tự nhiên trong quá trình phát triển của kỹ thuật hiện đại Sự phát triển của máy tính, và sau đó là máy tính siêu nhỏ, máy tính tích hợp, công nghệ thông tin, kỹ thuật phần mềm, đã buộc cơ điện tử phải phát triển như một yêu cầu cấp thiết vào những năm cuối của thế kỷ 20 Đứng trước ngưỡng cửa của thế kỷ 21, với sự mong chờ những tiến bộ trong các hệ Cơ - điện - Sinh học, máy tính lượng tử, hệ thống pico

và nano, và những công nghệ khác đang triển khai Tương lai của cơ điện tử là đầy tiềm năng

Định nghĩa cơ điện tử đã bắt đầu được quan tâm kể từ khi định nghĩa ban đầu được đưa ra bởi công ty điện Yasakawa Trong các tài liệu thương mại, Yasakawa đã định nghĩa

cơ điện tử như sau:

Từ "mechatronics" được tạo ra bởi "mecha" trong từ mechanism(có nghĩa là cơ cấu) và

"tronics" trong từ electronics(có nghĩa là điện tử) Nói cách khác công nghệ và các sản phẩm được phát triển sẽ được kết hợp nhiều phần điện tử và cơ khí ở mức độ tích hợp rất cao, không thể nói đâu là điểm bắt đầu và đâu là điểm kết thúc, không có một ranh giới rõ ràng

Định nghĩa tiếp theo về cơ điện tử được tiếp tục phát triển sau khi Yasakawa đưa ra định nghĩa đầu tiên Một trong những định nghĩa cơ điện tử được trích dẫn phát triển bởi

Harashima, Tomizuka và Fukada vào năm 1996 Trong đó cơ điện tử được định nghĩa là sự tích hợp của cơ khí, điện tử và điều khiển máy tính thông minh trong một thiết kế, chế tạo các sản phẩm và quy trình công nghiệp

Trong cùng năm, một định nghĩa khác được đưa ra bởi Auslander và Kempf: Cơ điện

tử là sự áp dụng tổng hợp các quyết định tạo nên hoạt động của các hệ thống vật lý

Tiếp tục một định nghĩa khác xuất hiện năm 1997 của Shetty và Kolk: Cơ điện tử là một phương pháp tư duy dùng cho việc thiết kế tối ưu các sản phẩm cơ điện

Gần đây, W.Bolton định nghĩa: Một hệ cơ điện tử không chỉ là một sự kết hợp giữa cơ khí và điện tử, và cũng không đơn thuần là một hệ thống điều khiển, nó là một sự kết hợp toàn diện giữa tất cả chúng lại với nhau

Tất cả những định nghĩa và phát biểu trên về cơ điện tử đều xác đáng và giàu thông tin, tuy nhiên bản thân chúng nếu đứng riêng lẻ lại không định nghĩa được đầy đủ thuật ngữ Cơ điện tử

Sự phát triển và tính nổi trội của cơ điện tử tạo cho các sản phẩm và hệ thống thực hiện tốt hơn ,linh hoạt hơn,thông minh hơn trong chức năng và cả trong khả năng vận chuyển, giao tiếp truyền thống.ngày nay đã xuất hiên Ngày nay cơ điện tử được ứng rất nhiều trong sản xuất công nghiệp cũng như nhiều lĩnh vức khác.Các sản phẩn cơ điện tử điển hình

như:robotics,hệ thống sản xuất linh hoạt FMS có tích hợp CIM,máy công cụ CNC,hệ vi cơ điện tử…đã tạo nên một nền công nghiệp hiện đại

Trong khuôn khổ bài báo cáo kiến tập tôi xin giới thiệu về 2 sản phẩm của cơ điện tử là : “

hệ thống Robot hàn OTC Daihen AII-V6 ” và “ trạm phân phối vật gia công”

II. HỆ THỐNG ROBOT CÔNG NGHIỆP

Robot công nghiệp là cơ cấu chuyển động tự do có thể lập trình lại bằng các chương trình,tổng hợp các chương trình đặt ra trên các tọa độ ;có khả năng định vị định hướng,di

chuyển các đối tương vật chất :chi tiết dao cụ.gá lắp… theo những hành trình thây đổi đã chương trình hóa nhắm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau

OTC Daihen AII-V6 là robot hàn của công ti OTC Daihen Nhật Bản,một công ti chuyên sản xuất các thiết bị hàn,thiết bị cắt,robot hàn công nghiệp có độ chính xác cao Dòng Robot OTC Daihen AII-V6 được trang bị bộ điều khiển AX21, sử dụng cho các ứng dụng hàn TIG/MIG/MAG/CO2 và các ứng dụng cắt Plasma

III HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS

Trong nền công nghiệp hóa hiện đại hóa hiện nay, công nghệ sản xuất đã phát triển rất mạnh.một thành phần không thể thiếu của nền công nhiệp này là hệ thống sản xuất linh hoạt FMS

Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS(Flexible Manufacturing System) là hệ thống được sản xuất được điều kiển tự đông bằng máy tính,có khả năng thay đổi chươnh trình điều kiển

và sản phẩm một cách linh hoạt trong quá trình sản xuất

Bên cạnh khái niệm FMS còn có khái niệm sản xuât có sự trợ giúp của máy tính

CIM(Computer Integrated Manufacturing) được sử đụng để mô tả một phương thức sản xuất hiện đại.Mặc dù CIM chứa nhiều công nghệ sản xuất tiên tiến như

CAD/CAM/CNC/ROBOT…nhưng nó được hiểu với cái nghĩa là công nghệ mới hơn là một khái niệm mới

Trong bài báo cáo này tôi xin trình bày về mô hình “TRẠM PHÂN PHỐI VẬT GIA CÔNG ”

Một mô hình thể hiện phần nào của hệ thống sản xuất linh hoạt FMS.Mô hình này được sản

xuất bởi công ti “TNHH đầu tư phát triển công nghệ điện tử tự động hoá DK”.

PHẦN I

ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ROBOT CÔNG NGHIỆP

VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS

A ROBOT CÔNG NGHIỆP

I CẤU TẠO HỆ THỐNG

Hệ thống cơ bản gồm 3 phần:

1 Cánh tay robot (Manipulator)

Manipulator

Controller AX21

Operation Box

Teach pendant

Cơ cấu cơ khí ROBOT gồm 6 khâu động 6 khớp tạo ra một cơ cấu có 6 bật tự do.Ở

6 khớp là 6 động cơ servo với các kích thước và công suất khác nhau

2 Bộ điều khiển AX21 (Controller AX21)

Bộ điều khiển gồm hộp cpu AX21 với các cổng ra là hộp điều kiển bằng tay (Teach pendant)

và hộp thuật toán (Operation Box)

3 Thiết bị hàn hồ quang

Thiết bị hàn bao gồm: súng hàn đươc gắn vào khâu cuối của cánh tay robot,bộ phận điều khiển khí hàn, nguồn hàn DTC-DM350 ,bình khí hàn và hệ thống đây hàn

II NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

Dầu tiên,hệ thống sẽ nhận được các lệnh diều khiển từ hộp điều kiển bằng tay và hộp thuật toán,cpu sẽ nhận lệnh đó và xử lí nó.Sau đó đưa ra các lệnh điều kiển các động cơ servo và hệ thống hàn để có được một đường hàn theo ý muốn.các động cơ servo được điều khiển các góc quay rất chính xác,sự kết hợp đồng thời của các động cơ đó sẽ tạo cho quỹ đạo chuyển động của dầu súng hàn được theo ý muốn

III PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG

Ngày nay robot công nghiệp được ứng dụng rất rỗng rãi, đặc biệt là trong nền công nhiệp sản xuất sản phẩm tiêu dùng.Theo thông kê cho thấy robot công nghiệp chủ yếu là robot hàn và robot lắp ráp,trong đó robot hàn chiếm 25%,robot lắp ráp chiếm 33% dân

số robot trên thế giới Hệ thống Robot hàn OTC Daihen AII-V6 được ứng dụng trong hàn TIG/MIG/MAG/CO2 và các ứng dụng cắt Plasma,ngoài ra hệ thống có thể được ứng dụng để nâng các đồ vật OTC Daihen AII-V6 có thể được trang bị cho dây chuyền sản xuất oto,xe máy,các sản phẩm cơ khí… tự động Với đặc thù của công việc hàn là rất nguy hiểm,độc hại và đòi hỏi sự chính xác cao nên robot hàn là một giải pháp thay thế cần thiết cho việc hàn thủ công

B HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS

I CẤU TẠO HỆ THỐNG

Hệ thống trạm phân phối vật gia công bao gồm:

1.Các thiết bị vận chuyển và tháo lắp chi tiết gồm thống gồm 2 băng tải truyền ,1 vành xoay tròn có các rãnh trụ để chứa vật gia công,1 cánh tay robot gắp các vật gia công và hệ thống pitong đẩy các vận gia công

2.Máy công cụ gồm 3 máy gia công máy khoa vật gia công,máy tiện và máy phay

3 Hệ thông đồ gá:do chỉ dừng lại ở mô hình nên hệ thống không có đồ gá để kẹp chi tiết

mà thay vào đó là các rãnh trụ trên vành xoay dể giữ các vật gia công

4 Các thiết bị cắt gồm các mũi khoan,dao phay hay dao tiện

5.hệ thống các máy tính ,hệ điều kiển PLC và cảm biến

II NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

Khi hệ thống khởi động các băng tải hoạt động.Pitong đầu tiên sẽ hoạt động và đẩy vật gia công vào băng tải 1,băng tải 1 đưa vật gia công vào vành quay để gia công.Trên đường di chuyển trên băng tải có 1 sensors màu,sensors này sẽ gửi tính chất của vật gia công đó về bộ xử lí trung tâm.Sau đó bộ xử lí trung tâm sẽ đưa ra lệnh để diều khiển bàn xoay tới vị khí máy gia công cần thiết cho vật gia công đó,qua các lệnh của cpu các máy công cụ sẽ gia công thêo tính chất của vật gia công.Sau khi gia công,bàn xoay

sẽ đưa vật gia công đến vị trí robot và robot gắp vật gia công rồi nhả vào băng truyền 2.Trên băng truyền 2 có 3 sensors và dưới 3 sensors có 3 pitong đẩy vật gia công

xuống buồng chứa sản phẩm.Khi vật gia công đi qua sensors thứ nhất là sensors

màu,hệ băng truyền sẽ dừng lại,sensors tiến hành kiểm tra tính chất của vật gia công và gửi về cpu cpu xử lí tín hiệu vật gia công rồi đưa ra tinh chất của vật gia công.Sau đó nếu vật gia công thỏa mãn tính chất nào đó thì cpu sẽ ra lệnh cho pitong đẩy vật gia công xuống buồng sản phẩm,nếu không thì hệ thống băng truyền sẽ tiếp tục hoạt động

và đến các sensors sau.Sau quá trình như thế hệ thống sẽ gia công được sản phẩn và tiến hành phân loại nó theo tính chất

III PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG

Hệ thống có thể được áp dụng cho dây chuyền gia công các sản phâm có tính chất khác nhau và phân loại các sản phẩm đó.Đây chỉ là mô hình nhưng về cơ bản thì nó có nguyên lí cũng như các thành phần hoàn toàn tương tự như dây chuyền sản xuất thực

tế

PHẦN III

PHÂN TÍCH CÁC TÍNH NĂNG VÀ THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA

HỆ THỐNG

A.HỆ THỐNG ROBOT CÔNG NGHIỆP

I.HỆ THỐNG CƠ KHÍ 1

2

3

Hệ thống cơ khí đơn giản chỉ gồm 6 khâu động,1 khâu cứng và 6 khớp (hình vẽ).khâu cứng (khâu 3) là phần được gắn trược tiếp vào nền và khâu này không di chuyển.vị trí khớp 2

là vị trí nối khâu cuối của robot và trên khâu cuối này được gắn súng hàn.toàn bộ cơ cấu hoạt động sẽ định vị cho đầu súng hàn di chuyển theo một quy đạo xác định,qua đó có thể tạo ra các đường hàn theo mong muốn.vị trí 1 dể gắn bộ điều chỉnh hàn và bộ phận này là bộ phận trung gian được nối với súng hàn ,nguồn hàn và cpu

Kích thước các khâu và giới hạn không gian làm việc của cơ cấu robot:

6 khâu động của cánh tay,1

khâu chưa lắp chính khâu

lắp súng hàn

6 khớp là động 6 cơservo

Chiếu bằng

Qua hình ta thấy được giới hạn giới hạn của điểm hàn trên mặt phẳng ngang là

đường cong P-point Working Range.trong đó bán kính đường tròn lớn là 1402 mm,đường tròn nhỏ là 399mm và góc quay giới hạn là -170° → +170°

Kích thước chiếu đứng

Cũng tương tự với chiếu bằng ta có giới hạn giới hạn của điểm hàn trên mặt phẳng đứng là đường cong P-point Working Range trên hình vẽ

II HỆ THỐNG ĐIỆN –ĐIỆN TỬ

Hệ thống điện-diện tử bao gồm hệ thống xử lí cpu AX21,hộp điều kiển bằng tay,bộ nạp chương trình,các động cơ servo tạo chuyển động cho cơ cấu,bộ điều khiển nguồn hàn DTC-DM350 ,hệ thống điều kiển súng hàn và khí hàn cùng với các dây nối

1 ĐỘNG CƠ SERVO

Động cơ servo là thiết bị được điều khiển bằng chu trình kín Từ tín hiệu hồi tiếp vận tốc/vị trí, hệ thống điều khiển số sẽ điều khiển hoạt động của một động cơ servo Với lý

do nêu trên nên sensor đo vị trí hoặc tốc độ là các bộ phận cần thiết phải tích hợp cho một động cơ servo.Sensor của động cơ này thường dùng là sensor encoder sử dụng một led phát tín hiệu và thiết bị thu để đếm góc quay của động cơ.Cấu tạo của đông cơ cơ bản như sau:

1.Động cơ chính

2.Board điêug kiển tín hiệu hệ thống hồi

tiếp

3.Dây nguồn

4.Dây tín hiệu vào

5.Dây mass

6 Potentiometer

7.Trục/bánh răng

8.Hom/wheel/arm gắn kèm

9.Vỏ servo

10.Chíp điều chỉnh

Để động cơ quay ,tín hiệu số được gửi tới mạch điều

kiển tín hiệu này khởi động động cơ, thông qua chuỗi

bỏch răng,nối với Potentiometer.Vị trớ trục của Potentiometer cho biết vị trớ trục ra của servo.Khi potentiometer đạt vị trớ mong muốn ,mạch sẽ cắt đụng cơ.Thực chất Potentiometer

là hệ thống encoder bao gồm thiết bị thu phỏt sensor và hệ dịa cú rónh(hỡnh vẽ)

Để điều kiển động cơ quay được 1 gúc bao nhiờu độ ta cần cấp cho chớp điều khiển 1 tớn hiệu xung.Qua tớn hiệu xung đú động cơ sẽ hoạt động và quay 1 gúc đỳng như tớn hiệu vào

2 Hậ́ THễ́NG ĐIấ̀U KIỂN SÚNG HÀN VÀ KHÍ HÀN

Hệ thống này cú tỏc dụng nhận lệnh từ cpu và thực thi lệnh đều khiển sỳng hàn và lượng khớ cung cấp cho sỳng hàn trong quỏ trỡnh làm việc tự động của robot

4 Bệ̃ ĐIấ̀U KHIỂN NGUễ̀N HÀN DTC-DM350

Bộ điều khiển này nhận lệnh điều khiển từ CPU và thực thi lệnh.Bộ điều khiển này cú tỏc dụng điều kiển cụng suất của mỏy hàn

5.Hậ́ THễ́NG CPU AX21, Bệ̃ ĐIấ̀U KHIỂN BẰNG TAY VÀ Bệ̃ NẠP CHƯƠNG

TRÌNH

CPU là nơi quan trọng nhất của hệ thống điện-điện tử,là nơi trung tõm xử lớ mọi hoạt động của hệ thống

CPU AX21 gồm phần trung tõm là bộ PLC tớch hợp chip vi điều khiển PIC.Ngoài ra cũn

cú cỏc mạch điện tử như: mạch cụng suất,mạch tạo xung cho điều kiển cỏc động cơ,mạch biết tần,mạch xử lớ tớn hiệu vào từ bộ điều khiển bằng tay và bộ nạp chương trỡnh

IV. Hậ́ THễ́NG ĐIấ̀U KHIỂN

Hệ thống bao gồm cpu điều kiển,tay mỏy điều kiển bằng cỏc lệnh và thuật toỏn điều kiển Người sử dụng có thể có nhiều kiểu giao diện lập trình điều khiển robot Trươc ́c sự phát triển nhanh chóng của các loại máy vi tính dùng trong công nghiệp và các ngôn ngữ lập trình ngày càng có nhiều tiện ích cao, việc lập trình điều khiển robot ngày càng dễ dàng và thuận tiện hơn Các robot thế hệ đầu tiên đã được lập trình bằng một cỳ pháp mà chúng ta gọi là : dạy bằng chỉ dẫn (Teach by showing), robot được

điều khiển để di chuyển đến các điểm mong muốn và các vị trí đó được ghi lại trong bộ nhớ của máy tính, sau đó các dữ liệu sẽ c đọc tuần tự và robot thực hiện lại các động tác đã được học Để dạy robot, người sử dụng có thể hướng dẫn robot bằng tay hoặc thông qua một thiết bị dạy học gọi là Teach pendant Thiết bị dạy học gồm một hộp nhỏ cầm tay (teaching box) có các nút bấm và card điều khiển mà nó cho phép điều khiển các khớp của robot đạt được các giá trị mong muốn Hệ thống cú thể lập trỡnh cú thể được lập trỡnh bằng ngôn ngữ mỏy tớnh sau đú được dịch sang ngụn ngư của

robot,dựng phương phỏp này chỳng ta co thể tạo ra một thư viện lệnh.Sau đú được lưu trong bộ nạp chương trỡnh.Từ những nhúm lệnh đú người ta xõy dựng nờn ngụn ngữ

lập trỡnh theo nhiờm vụ Những ngôn ngữ nầy cho phép người sử dụng ra các lệnh để robot thực hiện một công việc mong muốn một cách trực tiếp mà không cần xác định một cách chi tiết các hoạt động của robot

V. Hậ́ THễ́NG THễNG TIN GIÁM SÁT

Hệ thống bao gồm cỏc sensor cảm biến định vị được trang bị trong cỏc đụng cơ servo để định vị trớ gúc quay được của động cơ qua đú đưa tớn hiệu về bộ xử lớ của động cơ

Ngoài ra cũn cú cỏc sensor đo ỏp suất khớ hàn phục phục vụ cho việc điều kiển khớ hàn

C Hậ́ THễ́NG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS

I Hậ́ THễ́NG CƠ KHÍ

Hệ thống cơ khớ này bao gồm hệ thống băng tải ,cơ cấu gắp của robot,cơ cấu chuyển đụng của cỏc mỏy cụng cụ,hệ thống quay của vành xoay vật gia cụng

Hệ thống băng tải được đận đụng bở dụng cơ cuốn

Cơ cấu robot gồm cỏnh tay gắp ,cơ cấu di chuyển ngang và cơ cấu di chuyển đứng Toàn bộ hệ thống này được dẫn động bởi cỏc pitong(3 pitong khớ)

Hệ bàn xoay được gắn với 1 động cơ senvo nờn nú cú thể được điều chỉnh cỏc gúc quay một cỏch chớnh xỏc

II Hậ́ THễ́NG THỦY KHÍ-KHÍ NÉN

Hệ thống này khớ nén này được cung cấp nguồn khớ bởi 1 mỏy bơm lốp xe mỏy.và toàn bộ được dẫn qua cỏc mấy đo ỏp suõt

Pitong khớ nén cú 2 dầu dẫn khớ được nối van điờn khớ.van điện khớ này sẽ điều khiển pitong này đẩy hay kéo

Toàn bộ hệ thống khớ được dẫn bởi cỏc dõy dẫn khớ

III Hậ́ THễ́NG ĐIấN-ĐIậ́N TỬ

1 Hệ thống van điện khớ :Van này sư dụng hệ thống đúng mở khớ nén bằng ngyờn

lớ từ trường.Khi cú điện vào hệ thống điện từ thỡ nú sẽ chuyển thành tỏc dung lực

từ.Lực từ này làm chuyển động cửa van và van cú thể mở hoặc đúng tựy theo cỏcnh bố trinh hệ thống

2 Động cơ senvo điều khiển bàn xoay và cỏc băng truyền cú nguyờn lớ và cấu tạo được trỡnh bày ở hệ thống robot

3 Hệ thống cpu sử dụng bộ diều khiển PLC logic:hệ thống này gồm cỏc bảng mạch điện tử:mạch xử lớ tớn hiệu sensors,mạch tạo xung.mạch cụng suõt…toàn bộ mạch đươc xử lớ bở bộ vi xử lớ PIC

IV Hậ́ THễNG THễNG TIN GIÁM SÁT

1.Hệ thống bỡnh đo khớ ỏp:cho biết ỏp suất trờn cỏc ụng dẫn khớ

2.Hệ thống sensors:gồm 4 sensors:2 sensors màu,1 sensors từ,1 sensors quang.Cỏc

sensors này hoạt động theo cỏc hiệu ứng vật lớ.cỏc tớn hiệu hỡnh ảnh,màu sắc,ỏnh sỏng,từ