GIÁO TRÌNH CAD CAM PHẦN 4 ROBOT CÔNG NGHIỆP CHƯƠNG 10

Tay máy cùng với khả năng có thể lập trình được của Robot được dùng vào nhiều công việc khác nhau trong công nghiệp, bao gồm: nạp phôi cho máy, hàn điểm, lắp ráp.. Robot có thể được lập

Phần IV

ROBOT CÔNG NGHIỆP

Chương 10 CÔNG NGHỆ ROBOT CÔNG NGHỆ ROBOT

10.1 Khái niệm

10.1 Khái niệm

Robot là 1 máy lập trình được và có công dụng chung, có những đặc điểm

giống với người Điển hình của đặc điểm này là tay của người máy

Tay máy cùng với khả năng có thể lập trình được của Robot được dùng vào

nhiều công việc khác nhau trong công nghiệp, bao gồm: nạp phôi cho máy, hàn

điểm, lắp ráp Robot có thể được lập trình để thực hiện một loạt các chuyển động và

có thể lặp lại thứ tự các chuyển động mãi cho đến khi được lập trình để thực hiện

những công việc khác

Robot công nghiệp có những điểm giống máy NC: cũng cùng loại công nghệ

NC Điều khiển máy NC như thế nào thì điều khiển tay Robot cũng như vậy Robot

nhẹ hơn, dễ di chuyển hơn so với máy NC Robot được dùng cho nhiều công việc

chung hơn như cấp phôi Tuy vậy việc lập trình cho Robot có khác so với máy NC

Thông thường việc lập trình NC được thực hiện ngoại tuyến (Off-line) với các

lệnh được chứa trên băng lỗ Còn lập trình Robot thường được thực hiện trực tuyến

(ON – Line) với các dòng lệnh chứa trong bộ nhớ điện tử của Robot Ngoài những sự

khác nhau trên có rất nhiều điểm giống nhau giữa Robot và máy NC về công nghệ

điều khiển môtơ (lực), hệ thống phản hồi và xu hướng điều khiển nhờ máy tính và

ngay cả một số ứng dụng công nghiệp khác

Khái niệm Robot được người biết đến nhờ các tiểu thuyết “chiến tranh giữa

các vì sao”, “Termination”, “ Robotcop” – Đại học Robot định nghĩa Robot như sau:

Robot là một thiết bị có nhiều chức năng lập trình, được thiết kế để di chuyể

Robot là một thiết bị có nhiều chức năng lập trình, được thiết kế để di chuyển n

vật liệu, phôi, dụng cụ hoặc những thiết bị chuyên dùng qua các chuyển động được

lập trình khác nhau và thực hiện những vụ khác nhau

lập trình khác nhau và thực hiện những vụ khác nhau

Có nhiều cố gắng để đổi tên gọi Robot George Devol là một trong những nhà

sáng chế đầu tiên trong công nghiệp Robot gọi sáng chế ứng dụng của ông là “Bộ

di chuyển đồ vật lập trình được” Trong nhiều năm hãng Motor Ford dùng tên gọi

“Thiết bị di chuyển vạn năng” thay vì “Robot” Ngày nay từ “Robot” đã trở nên quen

thuộc, ăn sâu vào ngôn ngữ với ý niệm một thiết bị có nhiều đặc tính giống người

10.2 CÁC CẤU HÌNH VẬT LÝ CỦA ROBOT

10.2 CÁC CẤU HÌNH VẬT LÝ CỦA ROBOT

Robot có 4 cấu hình:

1/ Cấu hình tọa độ cực 2/ Cấu hình tọa độ trụ 3/ Cấu hình khớp tay 4/ Cấu hình tọa độ Decart

Bốn cấu hình trên được vẽ trên hình 10.1

Hình 10.1 Cấu hình Robot a) Tọa độ cực, b) Tọa độ trụ, c) Khớp tay, d)Tọa độ Decart 10.3 CÁC CHUYỂN ĐỘNG CƠ BẢN CỦA ROBOT

10.3 CÁC CHUYỂN ĐỘNG CƠ BẢN CỦA ROBOT

Các chuyển động này gồm 6 bậc tự do, 6 chuyển động gồm:

• 3 chuyển động thân và tay

• 3 chuyển động cổ tay Không phải tất cả Robot đều có đủ cả các bậc tự do

Các chuyển động của thân và tay gồm :

1/ Xoay lên xuống

2/ Trượt hướng kính

3/ Xoay quanh trụ Z

Các chuyển động khớp:

4/ Quay khớp cổ tay

5/ Quay khớp khủy tay

6/ Quay khớp ngón tay (gắp)

Hình 10.2 Sáu bậc tự do trong chuyển động của ROBOT Ngoài ra còn có thể có thêm chuyển động phụ, thí dụ di chuyển trên đường ray

bố trí trên nền nhà

Hệ thống chuyển động:

Hệ thống chuyển động:

Giống như máy NC, hệ thống chuyển động Robot có thể được phân loại ra

thành điểm – điểm và đường cong

10.4 Các đặc điểm kỹ thuật khác

10.4 Các đặc điểm kỹ thuật khác

1/ Không gian làm việc của Robot: là phạm vi di chuyển theo mọi hướng của

robot

2/ Độ chính xác của chuyển động: là khả năng lặp lại chính xác cùng một

chuyển động của robot

3/ Tốc độ chuyển động (max 1,5m/s )

4/ Khả năng mang nặng (từ 10 kg - 900 kg)

5/ Loại hệ điều khiển

- Thủy lực – mạnh nhưng chậm

- Mô tơ điện – yếu nhưng chính xác

- Khí nén - nhỏ gọn, nhanh

10.5.

10.5 Lập trình cho Robot Lập trình cho Robot Lập trình cho Robot

Có 4 phương pháp :

1/ Phương pháp lập trình bằng tay

2/ Phương pháp lập trình dắt mũi

3/ Phương pháp dạy robot chuyển động

4/ Phương pháp lập chương trình ngoại tuyến

Manual Method

Manual Method là phương pháp dùng cho Robot đơn giản ít chức năng, chủ yếu

là bật tắt công tắc

Walk through Method:

Walk through Method: là điều khiển chuyển động của Robot bằng tay rồi ghi

vào bộ nhớ Vận tốc không phụ thuộc Dùng phun sơn, hàn

Lead through Method:

Lead through Method: là phương pháp dạy Robot qua các chuyển động Thiết bị

dạy thường là thiết bị với các nút nhấn và xoay để điều khiển Robot thực hiện các

chuyển động vật lý Phương pháp Lead through được dùng rất rộng rãi trong lập trình

Robot vì dễ thích ứng

Off

Off––––Line Programming:Line Programming:Line Programming: là phương pháp giống như NC Programming Chương

trình được chuẩn bị bên ngoài và đưa vào bộ nhớ Robot để dùng trong chu kỳ sản

xuất Phương pháp này có ưu điểm sau:

• Không mất thời gian dạy Robot thực hiện công việc

• Thực hiện khi Robot đang bận công việc Như vậy thời gian sử dụng sẽ

được nhiều hơn

Một ưu điểm nữa trong lập trình Off – Line là triển vọng tích hợp Robot trong hệ

thống thông tin và CSDL CAD/CAM của nhà máy Trong sản xuất tương lai, lập

trình Robot sẽ được thực hiện bởi hệ thống CAD/CAM tiên tiến, giống như chương

trình gia công NC mà công nghệ CAD/CAM hiện nay đã thực hiện

10.6.

10.6 CÁC NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH ROBOT CÁC NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH ROBOT CÁC NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH ROBOT

Những Robot không dùng Computer để điều khiển thì không cần ngôn ngữ lập

trình Chúng được lập trình bằng phương pháp Walk – through hay Lead through,

còn Robot đơn giản thì được lập trình bằng tay Chỉ khi cần điều khiển Robot bằng

máy tính mới cần đến ngôn ngữ định hướng lập trình cho Robot Trong phần này ta

sẽ bàn đến 2 ngôn ngữ lập trình Robot Đó là:

• VAL – phát triển bởi công ty Unimation PUMA

• MCL – Phát triển bởi công ty Mcdonnell – Douglass – dựa trên ngôn ngữ

APT

Ngôn ngữ V

Ngôn ngữ VAL:AL:AL: Được phát triển bởi Victor Shneinmam cho Robot PUMA –

Robot lắp ráp do hãng Unimation sản xuất Vì vậy ngôn ngữ có tên là Victors

Assembly Language, viết tắt là VAL Lập trình được thực hiện ngoại tuyến (off –

line), nhưng khác một cái là vị trí điểm khác nhau trong chu kỳ làm việc lại thường

lập trình theo phương pháp Lead through

Các dòng lệnh được chia ra làm 2 loại: lệnh điều khiển và lệnh lập trình

Lệnh điều khiển là lập hợp những lệnh hướng dẫn hoạt động của hệ thống

Robot

Lệnh điều khiển dùng để thực hiện các công việc sau:

- Chuẩn bị hệ thống cho người dùng viết chương trình cho PUMA

- Xác định các điểm trong không gian

- Điều khiển PUMA thực hiện chương trình

- Liệt kê các chương trình trên màn hình CRT

Một số lệnh quan trọng này là:

• EditEditEdit (viết tắt là ED) dùng để tạo ra hay sửa một chương trình

Thí dụ: Edit TEST

Hay ED TEST

ED TOM

• EXECUTEXECUTEXECUTE (E (E (viết tắt là EX)EX)EX): Dùng để điều khiển Robot thực hiện 1 tên

chương trình Người dùng có thể chỉ ra số lần lặp lại chương trình

Thí dụ: EX TEST

EX TEST, 5

• SPEEDSPEEDSPEED (viết tắt là SP) : chỉ định tốc độ dụng cụ của Robot Lệnh này

phải đi trước lệnh EXECUTE

Thí dụ SPEED 50

Hay SP 50

• HEREHEREHERE: xác định vị trí hiện tại của Robot bằng 1 ký hiệu do người dùng

chỉ định

Thí dụ: HERE A

HERE PR1

Người dùng di chuyển Robot đến vị trí cần thiết bằng tay nhờ thiết bị dạy học

Khi Robot ở vị trí cần thiết rồi, người dùng xác định vị trí đó với lệnh HEREHEREHERE Màn

hình CRT cho hiện 6 vị trí trục của PUMA Người dùng sau đó nhấn nút ENTER để

tiếp tục

Các lệ

Các lệnh lập trìnhnh lập trình là tập các lệnh được dùng để viết chương trình cho Robot

Các chương trình trong VAL hướng dẫn thứ tự các chuyển động của PUMA Mỗi một

câu lệnh thường là ứng với 1 chuyển động của tay hoặc bàn tay Robot

Các thí dụ về lệnh chương trình gồm:

Move to a point

Move to a point

Move to a point in a Straight

Move to a point in a Straight –––– Line Motion.Line Motion.Line Motion

Open gripper

Open gripper

Close gripper

Close gripper

Các lệnh được nhập vào bộ nhớ để hình thành chương trình với việc trước tiên là

dùng lệnh EDIT Việc này chuẩn bị để hệ thống nhận chương trình theo một thứ tự

cần thiết Một số các lệnh quan trọng là:

• MOVEMOVEMOVE: Di chuyển Robot đến vị trí điểm hoặc đường thẳng và định

hướng theo ký hiệu Thí dụ MOVE A

• APPROAPPROAPPRO: thí dụ APPRO A, 50 có nghĩa chuyển đến vị trí cách điểm A

50mm theo chiều Z của dụng cụ

• APPROSAPPROSAPPROS: giống như APPRO nhưng có khác là chỉ chuyển động đến gần

điểm mong muốn theo qũy đạo đường thẳng

Thí dụ APPROS A, 50

• DEPARTDEPARTDEPART: Di chuyển dụng cụ theo trụ Z

Thí dụ DEPART, 50

• OPENI và CLOSEIOPENI và CLOSEIOPENI và CLOSEI: Điểu khiển khí nén để mở hoặc đóng tay máy ngay

tức thì

Thí dụ OPENI

CLOSEI

• EXITEXITEXIT: Thoát khỏi chương trình và hệ thống điểu khiển trở về mode

Giám sát

Ngôn ngữ MCL

Ngôn ngữ MCL:

Là tên gọi của Machine Control Language và được phát triển bởi Mcdonall –

Douglas Corporation theo hợp đồng với Không lực Hoa kỳ ICAM (Integrated

Computer – Aided Manufacturing) Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ APT, nhưng

dùng để thiết kế chương trình điều khiển một tế bào sản xuất hoàn thiện, kể cả một

tế bào có Robot Ngôn ngữ MCL là sự cải tiến của APT, có những chọn lựa và đặc

điểm cần thiết để lập trình ngoài máy cho tế bào làm việc có Robot

Ngôn ngữ MCL có thêm một số từ để tăng thêm khả năng như :

• VISION

• INSPECTION

• Điểu khiển tín hiệu

Một số lệnh được giới thiệu dưới đây :

• DEVICEDEVICEDEVICE: Lệnh cho thiết bị của tế bào làm việc

• SENDSENDSEND: Truyền tín hiệu đi

• RECEIVERECEIVERECEIVE: Nhận tín hiệu về

• WORKPTWORKPTWORKPT: ( Work point) xác định đầu dụng cụ

• ABORTABORTABORT: Dừøng các hoạt động của Robot

• REGIONREGIONREGION: Xác định đường đi 2 chiều (2D) để kiểm soát (Vision

Processing)

• LOCATELOCATELOCATE: Tìm và xác định phôi trong vùng thấy được và để xác định vị

trí và định hướng của chi tiết

MCL cũøng cho phép xác định các câu lệnh như MACRO Sau khi chương

trình được viết, nó được biên dịch để tạo ra CLFILE Việc định nghĩa CLFILE là mở

rộng các khả năng của MCL để thích ứng với APT Sự mở rộng này gồm:

- Xác định các thiết bị khác nhau bên trong tế bào sản xuất và các nhiệm

vụ do thiết bị thực hiện

- Xác định trước các khung tham chiếu liên kết với các máy khác nhau

hoặc các thiết bị khác nhau trong tế bào làm việc

- Các khung tham chiếu do người dùng xác định có thể được dùng để xác

định hình dạng vật thể

MCL có thể dùng để thực hiện việc lập trình ngoài máy cho những tế bào phức

tạp làm việc có Robot

10.7 END EFEECTOR

10.7 END EFEECTOR BÀN TAY ROBOT BÀN TAY ROBOT BÀN TAY ROBOT

Bàn tay Robot có 2 loại:

1/ Tay gắp 2/ Dụng cụ

Tay gắp gồm:

Tay gắp gồm:

- Tay gắp cơ khí

- Tay hút khí

- Tay hút bằng nam châm

- Câu (móc)

- Xúc, múc, muỗng

Các đầu dụng cụ khác:

Các đầu dụng cụ khác:

- Mũi hàn điểm

- Đầu hàn, cắt bằng gió đá

- Súng phun sơn

- Chổi cạo rỉ, đá mài Trong các đầu này có những cơ cấu thay nhanh khi cần đổi từ đầu này sang đầu

kia Một số tay gắp được vẽ trên hình 10.3

Hình 10.3 Một số thí dụ tay gắp của người máy a) Tay gắp kiểu khớp xoay; b) Tay gắp kiểu khớp trượt, b) c) Tay gắp kép; d) Tay gắp châm không

10.8 ĐIỂU KHIỂN WORKCELL VÀ KHÓA LẪN

(INTERLOCKS)

(INTERLOCKS)

♦ Điểu khiển Workcell Điểu khiển Workcell

1 Điểu khiển trậït tự hoạt động các thành phần của Workcell

2 Điểu khiển hoạt động đồng thời

3 Quyết định tiếp trên cơ sở tín hiệu vào

Các chức năng phụ có thể là:

4 Ra quyết định Logic

5 Thực hiện việc tính toán

6 Xử lý sự cố máy hỏng

7 Thực hiện chu kỳ không thường xuyên, thí dụ thay dụng cụ theo chu

kỳ

Để có thể thực hiện các chức năng trên bộ điểu khiển Workcell phải nhận tín

hiệu từ các thiết bị khác trong Workcell và nó phải giao tiếp với các tín hiệu của

các phần tử của Workcell Các tín hiệu này được thực hiện nhờ interlock và sensor

♦ Interlock: Khóa lẫn là một đặc điểm của tế bào sản xuất, dùng để ngăn

ngừa sự tiếp tục chu kỳ làm việc cho đến khi thỏa mãn một hoặc nhiều điều kiện

nhất định Trong một tế bào làm việc có robot, có hai loại khóa lẫn: ra (outgoing) và

vào (incoming) Khóa lẫn ra là tín hiệu được hệ thống điều khiển máy gửi tới máy

hoặc thiết bị bên ngoài cho nó làm việc hoặc thôi làm việc Thí dụ khóa lẫn ra được

dùng để ngăn ngừa việc khởi động máy chừng nào chưa nhận được tín hiệu từ hệ

thống điều khiển của tế bào máy Khóa lẫn vào là tín hiệu từ máy hoặc thiết bị bên

ngoài tới bộ điều khiển của tế bào máy xác định bước công nghệ được lập trình có

được thực hiện hay không Thí dụ khóa lẫn vào ngăn ngừa việc tiếp tục một chy kỳ

được lập trình cho đến khi máy được thông báo là đã hoàn tất việc gia công

Việc sử dụng khóa lẫn có một ưu điểm quan trọng trong việc kiểm soát chu kỳ làm

việc của tế bào vì nó ngăn chặn hoặc cho phép việc xảy ra những hành động cần

thiết

Khi thiết kế việc khóa lẫn, các kỹ sư ứng dụng phải xem xét hai yếu tố: hoạt động

bình thường của chu kỳ và những sự cố có thể xảy ra Sau đó các hoạt động bình

thường được giới hạn bởi các công tắc hành trình, giới hạn áp suất, các thiết bị điện

cơ và các thành phần khác của hệ thống Những sự cố có thể xảy ra được ngăn ngừa

bởi bằng các thiết bị tương tự

10.9 ROBOTIC SENSORS

10.9 ROBOTIC SENSORS

(Các cảm biến dùng trong Robot)

Robotic Sensor có 3 loại:

1/ Vision sensorVision sensorVision sensor - Cảm biến thị giác

2/ Tactile and Proximity sensorTactile and Proximity sensorTactile and Proximity sensor - Cảm biến xúc giác và cận kề

3/ Voice sensorVoice sensorVoice sensor Cảm biến thính giác

Vision Sensors

Vision Sensors

Cảm biến thị giác là một trong những lĩnh vực thu hút nhiều sự quan tâm

trong nghiên cứu Robot Công nghệ Vision rất quan trọng trong sản xuất tương lai

Để nhìn, Robot dùng một máy quay vidéo, một nguồn đủ sáng, và một máy tính

được lập trình để nhận dạng dữ liệu hình ảnh Camera được đặt trên Robot hay một

vị trí cố định bên trong Robot sao cho có thể thấy hết vùng làm việc của Robot

Phần mềm máy tính sẽ làm cho hệ thống có thể cảm nhận được sự có mặt của

vật thể tại vị trí và sự định hướng của nó Khả năng này cho phép Robot thực hiện

các công việc sau:

- Lấy phôi từ băng tải đưa đến

- Nhận ra những phân tử riêng biệt lẫn lộn trong số các phần tử khác

- Thực hiện sự kiểm tra kết qủa nhìn thấy

- Thực hiện việc lắp ráp có định hướng

Những công việc này được thực hiện trong phòng thí nghiệm nghiên cứu

Các cảm biến xúc giác và cận kề

Các cảm biến xúc giác và cận kề

Có 2 loại cảm biến xúc giác:

- Cảm biến tiếp xúc

- Cảm biến ứng lực (cảm biến lực)

Cảm biến xúc giác được dùng đơn giản để chỉ ra sự tiếp xúc với vật được xảy ra

ở đâu, chỉ cần một công tắc đơn giản cũng có thể làm cảm biến tiếp xúc

Cảm biến lực được dùng để đo độ lớn của lực tiếp xúc Thường đây là những

cảm biến đo lực

Các cảm biến gần đúng dùng để cảm nhận một vật gần với vật khác

Cảm biến loại này thường gắn trên tay gắp hoặïc gần chỗ gắp Khả năng cảm

nhận được tính toán nhờ thiết bị gần đúng kiểu quang học, thiết bị phát hiện gần

đúng kiểu dòng khí xoáy, các cảm biến từ trường, v.v

Trong công nghiệp Robot cảm biến gần đúng được dùng để phát hiện sự có

mặt hay không của vật trong vùng làm việc Chúng cũng có ích trong việc ngăn ngừa

những tai nạn đối với những người làm việc với Robot trong nhà máy

Cảm biến thính giác : : : : (Voice Senser)

Robot được trang bị một hệ thống nhận ra tiếng nói Thiết bị này dùng giọng nói

khi nhập dữ liệu và so sánh với tập giọng được lưu trong bộ nhớ Khi giọng nói nằm

trong vùng chấp nhận được, Robot sẽ thực hiện lệnh Cảm biến thính giác được

dùng trong lập trình Robot để lập trình, giống như lập trình NC Nó cũng có ích trong

môi trường làm việc mạo hiểm để thực hiện một công việc đặc biệt như bảo trì và

sửa chữa Robot có thể đặt trong vùng nguy hiểm để thực hiện việc sửa chữa nhờ sự

ra lệnh bằng giọng nói của người lập trình

Câu hỏi ôn tập

1 Robot là gì? Robot có mấy cấu hình? Robot thường có những chuyển động

nào? Những thông số nào đặc trưng cho đặc tính kỹ thuật của Robot?

2 Robot được lập trình như thế nào? Có giống như lập trình NC không? Có

những ngôn ngữ nào dùng để lập trình ngoại tuyến cho robot?

3 Như thế nào là khóa lẫn trong tế bào máy Khóa lẫn vào và khóa lẫn ra khác

nhau như thết nào? Việc khóa lẫn được thự hiện như thế nào khi lên kế

hoạch làm việc cho tế bào máy?

4 Có những loại cảm biến nào được dùng trong robot? Hãy cho biết ưu nhược

điểm của chúng?

HẾT CHƯƠNG 10