Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình robot hàn tự hành chuyên dùng hàn ghép mí các đường cong phẳng trong mặt phẳng đứng

LÊ CƠNG DANH NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH ROBOT HÀN TỰ HÀNH CHUYÊN DÙNG HÀN GHÉP MÍ CÁC ĐƯỜNG CONG PHẲNG TRONG MẶT PHẲNG ĐỨNG Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN T

LÊ CƠNG DANH

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH ROBOT HÀN TỰ HÀNH CHUYÊN DÙNG HÀN GHÉP MÍ CÁC ĐƯỜNG CONG PHẲNG TRONG

MẶT PHẲNG ĐỨNG

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2008

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS Lê Hoài Quốc

………

………

………

………

………

Cán bộ chấm nhận xét 1:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị, chữ ký) ………

………

………

………

………

Cán bộ chấm nhận xét 2 (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị, chữ ký) ………

………

………

………

………

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : Lê Công Danh Phái : Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 12/10/1983 Nơi sinh: Tp.HCM

Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2006

I-TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT HÀN TỰ HÀNH CHUYÊN DÙNG HÀN GHÉP MÍ CÁC ĐƯỜNG CONG PHẲNG TRONG MẶT PHẲNG ĐỨNG

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

- Nghiên cứu thiết kế cấu trúc, cấu tạo cơ khí và các công cụ phụ trợ cho robot hàn

tự hành trong mặt phẳng đứng

- Nghiên cứu giải pháp nhận biết các tọa độ trên quĩ đạo hàn cho trước

- Chế tạo mô hình thử nghiệm

- Đánh giá kết quả đạt được

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Ngày 21 tháng 01 năm 2008 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 30 tháng 11 năm 2008 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS.Lê Hoài Quốc

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Học viên hoàn thành luận văn này trước hết là nhờ công sức của tất cả các Thầy Cô giáo trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh đã giảng dạy học viên trong thời gian nghiên cứu và học tập tại trường Học viên xin chân thành cảm

ơn tất cả các Thầy Cô giáo của Phòng đào tạo sau đại học và Khoa Cơ Khí trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh Đặc biệt học viên xin bày tỏ lòng biết

ơn chân thành đối với PGS.TS Lê Hoài Quốc, đã tận tình hướng dẫn cho học viên trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp

Cuối cùng xin cảm ơn sự động viên giúp đỡ của gia đình và bạn bè

Chân thành cảm ơn sự góp ý, phê bình của các đọc giả

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền khoa học kĩ thuật, đời sống

của con người ngày càng được cải thiện hơn về vật chất cũng như về tinh thần

Tuy nhiên khoa học kĩ thuật ngày càng phát triển thì trong một số ngành công

nghiệp, con người phải làm việc trong môi trường hoàn toàn bất lợi đối với sức

khỏe như hoá chất, phóng xạ…

Môi trường hàn là một môi trường độc hại, người công nhân phải làm việc

trong môi trường ngột ngạt, chật hẹp, ô nhiễm tiếng ồn và khói hàn trong thời

gian dài Vấn đề đặt ra là làm thế nào giúp cho con người hạn chế tối đa việc

tiếp xúc đến các tác nhân gây hại Vì vậy đã có nhiều công trình nghiên cứu về

các vấn đề ứng dụng robot hàn để thay thế cho người công nhân và đã đạt được

nhiều thành tựu Một khi được lập trình hợp lý, robot sẽ tạo ra những mối hàn có

chất lượng như nhau giảm nguy cơ mắc lỗi trong thao tác Robot không những có

năng suất cao mà còn có thể hoạt động liên tục suốt ngày đêm với hiệu quả và

chất lượng đồng đều

Học viên thực hiện luận văn này nhằm thiết kế một dạng robot hàn để hàn

các đường cong hoặc thẳng trong mặt phẳng thẳng đứng được sử dụng nhiều trong

cơng nghiệp hàn nĩi chung và ngành đĩng tàu nĩi riêng nhằm thay thế cho người

cơng nhân Trong luận văn còn có nhiều sai sót, kính mong được sự góp ý của

Quí Thầy Cô và các bạn để cho đề tài được hoàn thiện hơn

Nội dung chính của luận văn hướng về nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm mô hình Robot hàn tự hành hàn các đường cong phẳng trong mặt phẳng đứng Nội dung bao gồm :

Chương 1:

Chương này trình bày tổng quan về nền công nghiệp hàn: Lịch sử phát triển, tóm tắt tình hình nghiên cứu trong nước và ở nước ngoài, các phương pháp hàn, mục tiêu nghiên cứu của luận văn

Chương 2:

Chương này trình bày những vấn đề liên quan đến nội dung nghiên cứu như : các dạng robot tự hành của các hãng trên thế giới, thiết kế cấu trúc và bố trí không gian cho robot hàn tự hành trong mặt phẳng đứng

Chương 3:

Chương này trình bày về :cấu trúc phần cứng của robot bao gồm phần cơ khí

và phần điều khiển, giải pháp nhận biết đường hàn

The main content of essay tends to research, design and make a prototype of

“Welding robot working in vertical plane” The content includes :

Chapter 1:

This chapter shows general of Welding Technology History and development of Welding robot, problems concerned in the research of Welding robot in VietNam and other countries, objective and method that will be research

1.1 SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH HÀN 1

1.2 NHU CẦU CỦA CÁC NGÀNH SẢN XUẤT CƠ KHÍ VÀ CỦA CÔNG NGHIỆP ĐÓNG TÀU 2

1.2.1 Hàn đối với sức bền thân tàu 2

1.2.2 Tính công nghệ 2

1.2.3 Tính kinh tế 3

1.2.4 Xu hướng phát triển 3

1.2.5 Sử dụng robot trong công nghệ hàn 4

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 4

1.3.1 Nước ngoài 2

1.3.2 Trong nước 8

1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN 15

1.4.1 Hàn hồ quang tay: 15

1.4.2 Hàn MIG/MAG 16

1.4.3 Hàn TIG 16

1.4.4 Hàn hồ quang chìm 17

1.4.5 Hàn laser 18

1.4.6 Hàn plasma 18

1.4.7 Các công nghệ hàn khác 19

1.5 ROBOT HÀN 19

1.5.1 Dạng tay máy công nghiệp 19

1.5.2 Dạng robot tự hành có đường dẫn hay hòan tòan tự động 22

1.6 CÁC ĐẶC ĐIỂM VÀ YÊU CẦU TRONG QUÁ TRÌNH HÀN VỚI ROBOT 25

1.7.3.3 Chế tạo phân đoạn thẳng 32

1.7.3.4 Chế tạo phân đoạn khối 33

1.7.3.5 Chế tạo tổng đoạn 33

1.8 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 36

CHƯƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP VỀ CẤU TRÚC VÀ BỐ TRÍ KHÔNG GIAN CHO ROBOT HÀN TỰ HÀNH TRONG MẶT PHẲNG ĐỨNG 37

2.1 CÁC GIẢI PHÁP VỀ CẤU TRÚC HIỆN CÓ TRÊN THẾ GIỚI VỀ ROBOT HÀN TỰ HÀNH 37

2.1.1 Robot hàn tự hành của Hãng BugO 37

2.2.2 Robot hàn tự hành của các hãng khác 41

2.1.2 Mục tiêu đề ra cho robot hàn 43

2.2 BỐ TRÍ KHÔNG GIAN CHO ROBOT 44

2.2.1 Nguyên lý hoạt động của robot tự hành hàn sườn (mạn) tàu 44

2.2.2 Phân tích lựa chọn phương án cho robot hàn 44

2.2.3 Thiết kế các bộ phận của robot 52

CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA ROBOT VÀ GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐUỐC HÀN BÁM THEO QUỸ ĐẠO CẦN HÀN 55

3.1 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA ROBOT 55

3.1.1 Module ray dẫn hướng 55

3.1.2 Cấu tạo robot 62

3.1.2.1 Đế 62

3.1.2.2 Module trượt 65

3.1.2.3 Hộp điều khiển 68

3.1.2.4 Bộ phận cấp nguồn 71

3.1.3 Một số hình ảnh tổng thể robot hoàn chỉnh 73

3.2 ĐƯỜNG HÀN 75

3.3.2 Các phương án nhận biết đường hàn 84

3.3.2.1 Đối với đường hàn có vát mép 84

3.3.2.2 Đối với đường hàn không vát mép 85

3.3.3 Cảm biến sử dụng để nhận biết đường hàn 86

3.3.3.1 Yêu cầu đối với cảm biến 86

3.3.3.2 Một số cảm biến có thể sử dụng 86

3.4 NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN ĐUỐC HÀN 91

3.4.1 Nguyên tắc xác định đường hàn và điều khiển đuốc hàn 91

3.4.2 Giải thuật điều khiển và sơ đồ mạch điện 95

3.4.2.1 Sơ đồ khối phần điều khiển của robot 95

3.4.2.2 Lưu đồ giải thuật điều khiển 96

3.4.2.3 Sơ đồ mạch điện điều khiển 97

3.4.3 Các chế độ hoạt động của robot 101

CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP TẠO QUỸ ĐẠO CÔNG NGHỆ HÀN CHO ROBOT 102

4.1 QUỸ ĐẠO CÔNG NGHỆ HÀN 102

4.1.1 Các dạng quỹ đạo công nghệ hàn 102

4.1.2 Các phương pháp tạo quỹ đạo zigzag 104

4.2 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ PHẬN TẠO QUỸ ĐẠO CÔNG NGHỆ HÀN 107

4.2.1 Các giái pháp 107

4.2.2 Chế tạo thiết bị 110

CHƯƠNG 5: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 113

5.1 THỬ NGHIỆM VỀ TỐC ĐỘ DI CHUYỂN CỦA ROBOT HÀN 113

5.2.3.2 Thử nghiệm lần 2 122

5.3 NHẬN XÉT KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM: 125

5.3.1 Về tốc độ di chuyển 125

5.3.2 Về đường hàn 126

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 127

6.1 TÓM TẮT 127

6.2 NHỮNG CÔNG VIỆC ĐÃ THỰC HIỆN ĐƯỢC : 127

6.3 NHỮNG HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI: .128

6.3.1 Những vấn đề còn hạn chế: 128

6.3.2 Hướng phát triển của đề tài: 129

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NỀN CÔNG NGHIỆP HÀN

1.1 SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH HÀN:

Khỏang đầu thời đại đồ đồng, đồ sắt, con người đã biết hàn kim lọai Năm

1802, nhà bác học Nga Pê-tơ-rốp đã tìm ra hiện tượng hồ quang điện và chỉ rõ khả năng sử dụng nhiệt năng của nó để làm nóng chảy kim loại, mở ra thời kỳ hàn hồ quang tay trong ngành công nghiệp đóng tàu

Năm 1888, Sla-vi-a-nốp đã áp dụng điện cực nóng chảy-cực điện kim loại vào hồ quang điện, đến năm 1907, kỹ sư Thuỵ Điển Ken-Be đã phát hiện ra phương pháp ổn định quá trình phóng hồ quang và bảo vệ vùng hàn khỏi tác động của không khí xung quanh bằng cách lắp lên điện cực kim loại một lớp vỏ thuốc Việc ứng dụng que hàn bọc thuốc bảo đảm chất lượng của mối hàn trong ngành công nghiệp đóng tàu lúc bấy giờ

Thời kỳ phát triển cao của công nghệ hàn trong ngành công nghiệp đóng tàu

đã được mở ra vào những năm cuối ba mươi và đầu bốn mươi sau những công trình nỗi tiếng của viện sĩ E.O.Pa-tôn về hàn dưới thuốc Phương pháp hàn bán tự động

và sau đó hàn tự động dưới lớp thuốc ra đời, sau đó nó được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp đóng tàu, đó là thành tựu vô cùng to lớn của kỹ thuật hàn hiện đại Cho đến nay, hàn dưới thuốc vẫn là phương pháp cơ khí hoá cơ bản trong

kỹ thuật hàn trong ngành công nghiệp đóng tàu với những ưu điểm vượt trội về hiệu suất và chất lượng của mối hàn

Từ những năm cuối bốn mươi, các phương pháp hàn trong khí bảo vệ được nghiên cứu và đưa vào sản xuất Hàn trong khí bảo vệ làm tăng vọt chất lượng mối

hiện năm 1949, nghiên cứu và đưa vào sản xuất trong ngành công nghiệp đóng tàu

từ những năm năm mươi để chế tạo các thiết bị nặng trên tàu như lò hơi, tua bin, máy tời…

Các phương pháp hàn ngày càng được nghiên cứu và cải tiến để nâng cao năng suất, hiệu quả và chất lượng mối hàn cũng như nâng cao khả năng tự động hóa Hiện nay, có hơn 120 phương pháp hàn khác nhau, trong đó, các phương pháp hàn được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp đóng tàu là: hàn bán tự động và tự động dưới lớp thuốc (Submerged Arc Welding - SAW), hàn bán tự động trong môi trường khí bảo vệ (MIG, MAG), hàn hồ quang dây hàn lõi thuốc (FCAW

- Flux Cored Arc Welding), hàn hồ quang tự bảo vệ (Self-Shielded Arc Welding), hàn TIG Một số phương pháp hàn mới đang được nghiên cứu và đưa vào sản xuất như: hàn bằng tia điện tử (electron beam welding), Laser beam, hàn siêu âm, hàn phát ma hồ quang và cánh tay Robot (Robotic arms) …v.v

1.2 NHU CẦU CỦA CÁC NGÀNH SẢN XUẤT CƠ KHÍ VÀ CỦA NGÀNH CÔNG NGHIỆP ĐÓNG TÀU:

Có thể nói sự phát triển của công nghệ hàn gắn liền với sự phát triển của ngành công nghiệp nặng nói chung trong đó có ngành công nghiệp đóng tàu Hàn là một phương pháp gia công kim loại tiên tiến và hiện đại với những ưu điểm vượt trội

1.2.1 Hàn với sức bền thân tàu:

Do sử dụng triệt để mặt cắt làm việc của chi tiết hàn nên độ bền mối hàn cao, tăng độ bền chắc của kết cấu Độ bền của các mối hàn sẽ tham gia đảm bảo độ kín khít, độ bền chung và khả năng làm việc lâu dài, ổn định, của con tàu

1.2.2 Tính công nghệ:

Công nghệ hàn là yếu tố hàng đầu quyết định việc chọn lựa phương án chế tạo, lắp ghép các phân đoạn, tổng đoạn Do đó, nó trực tiếp quyết định đến độ lớn của con tàu Hàn có thể nối được những kim loại có tính chất khác nhau, không hạn

tĩnh tốt và chịu được áp suất cao Do đó, hàn là phương pháp chủ yếu dùng để chế tạo các bình chứa, nồi hơi, ống dẫn, các trang thiết bị trên tàu cũng như chế tạo, lắp ráp các chi tiết, cụm chi tiết được cấu thành từ những kim loại có tính chất khác nhau Ngoài những chỗ chịu tác dụng của lực chấn động không nên hàn ra, không

có chỗ nào là không thể hàn được Ngoài ra, công nghệ hàn cho phép giảm được tiếng ồn trong sản xuất

1.2.3 Tính kinh tế:

Công nghệ hàn mang lại hiệu quả kinh tế cao trong ngành công nghiệp đóng tàu So với tán ri-vê, hàn sẽ tăng được 13% tốc độ thi công, giảm 30% lượng nhiên liệu tiêu hao, tiết kiệm được 10÷20% khối lượng kim loại do sử dụng mặt cắt làm việc của chi tiết hàn triệt để hơn, hình dáng chi tiết cân đối hơn, giảm được khối lượng kim loại mất mát do đột lỗ v.v…So với đúc, hàn tiết kiệm được tới 50% vì không cần tới hệ thống rót

Công nghệ hàn là một trong những yếu tố quan trọng góp phần nâng cao năng suất trong ngành công nghiệp đóng tàu Hàn sẽ giảm được thời gian và giá thành chế tạo kết cấu Hàn cho năng suất cao hơn so với các phương pháp khác do giảm được số lượng nguyên công và cường độ lao động Thiết bị hàn tương đối đơn giản và dễ chế tạo Khi hàn, ta có thể chỉ dùng máy hàn xoay chiều gồm một máy giảm thế từ 200 volts hay 230 volts xuống nhỏ hơn 80 volts

1.2.4 Xu hướng phát triển:

Hàn với những ưu điểm vượt trội về tính bền, tính công nghệ, tính kinh tế

Do đó, công nghệ hàn đã và đang được nghiên cứu, ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp đóng tàu Hiện nay, công nghệ hàn phát triển với hơn 120 phương pháp hàn khác nhau Với khả năng cơ khí hoá và tự động hoá cao, ngày nay, cùng với sự

1.2.5 Sử dụng robot trong cơng nghệ hàn

Mơi trường hàn là một mơi trường độc hại, người cơng nhân phải làm việc trong mơi trường ngột ngạt, chật hẹp, ơ nhiễm tiếng ồn và khĩi hàn trong thời gian dài Ngồi ra chất lượng mối hàn cịn phụ thuộc vào trình độ tay nghề và sức khỏe của cơng nhân, do đĩ cần nghiên cứu về những vấn đề ứng dụng robot hàn để thay cho người cơng nhân hàn

Những lợi ích lớn nhất của hàn tự động sử dụng robot là cĩ độ chính xác và năng suất cao, nâng cao độ tin cậy của mối hàn Một khi được lập trình hợp lý, các robot sẽ tạo ra những mối hàn y như nhau trên các vật hàn cùng kích thước và quy cách Chuyển động của que hàn được tự động hĩa sẽ giảm nguy cơ mắc lỗi trong thao tác, do vậy giảm phế phẩm và khối lượng cơng việc phải làm lại Robot khơng những làm việc nhanh hơn mà cịn cĩ thể hoạt động liên tục suốt ngày đêm, hiệu quả hơn nhiều so với một hệ thống hàn tay

Tĩm lại nhu cầu về robot hàn là rất lớn khơng chỉ trong cơng nghiệp đĩng tàu mà cịn trong cơng nghiệp sản xuất cơ khí

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU:

1.3.1 Nước ngồi:

Việc nghiên cứu và ứng dụng robot trong sản xuất công nghiệp và trong an ninh, quốc phòng đã được các nước công nghiệp phát triển quan tâm từ khá sớm Kể từ những mẫu robot công nghiệp đầu tiên như Unimate - 01 và Versatrans E-EHV của hãng Unimation đưa vào ứng dụng ở Hoa Kỳ vào đầu thập kỉ 1960 đến nay, đã có nhiều nước công nghiệp phát triển khác gồm Nhật Bản và một số nước ở Châu Aâu đã nhanh chóng nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau Trong đó, đáng kể nhất là đưa robot ứng dụng trong công nghiệp ở các ngành sản xuất nặng nhọc, độc hại như trong ngành sản xuất hóa

độ an toàn như trên các dây chuyền rèn dập, trong chế tạo thiết bị điện cỡ lớn, trong các dây chuyền sản xuất linh hoạt nhằm thay thế lao động thủ công của công nhân…

Nhiều cơng ty hàng đầu thế giới như: ABB, FANUC, PANASONIC, KAWASAKI, KUKA, MOTOMAN…đã chế tạo các thiết bị hàn từ bán tự động đến

tự động các robot hàn và triển khai ứng dụng robot hàn trong cơng nghiệp

Trong các tạp chí khoa học cĩ uy tín về lĩnh vực robot, nhiều cơng trình đã được cơng bố và triển khai như:

+ “Seam tracking and welding speed control of mobile for lattice type of welding” Y.B Jeon, B O Kam, S S Park, and S B Kim Đề tài đưa ra một mơ hình robot di động dùng để hàn đường thẳng Cảm biến dị đường hàn di chuyển cùng với bàn trượt mang đầu mỏ hàn Bộ điểu khiển nhận thơng tin về sai số từ cảm biến để điều khiển chuyển động của robot theo phương trình lập sẵn

+ “Development of mobile robot for pipe welding with visual sensor” Ogawa, Koichi Suga, Yasuo Phát triển robot di động cĩ trang bị cảm biến thị giác dùng trong hàn ống dẫn

+ “Development of an autonomous mobile robot with a visual sensor for welding of pipe-butt welding of thin wall stainless steel pipes” Ogawa, Koichi Suga, Yasuo Một hệ thống robot tự hành di động được dùng để hàn các ống dẫn Robot này cĩ khả năng di chuyển dọc theo ống dẫn và sử dụng cảm biến thị giác để phát hiện những nơi cần hàn

+ “Recognition and automatic tracking of weld line in welding of T-joint of pipes by an autonomous moblie robot with vision sensor” Ogawa, Koichi Suga,

+ “Ship building with rower” – P Gonzalez De Santos, M A Armada, and

M Q Jimenez Robot chuyên dùng để hàn trong công nghiệp tàu thủy

Hình 1.1: Robot hàn của hãng ABB

Hình 1.3: Robot mang đầu hàn bấm của hãng Motoman

Hình 1.5: Robot hàn tự hành của hãng Bug-O

1.3.2 Trong nước:

Trước nhu cầu sản xuất cơng nghiệp trong nước và nhằm nghiên cứu chế tạo các mẫu robot thay thế ngoại nhập, gần đây một số đơn vị trong nước đã nghiên cứu

và ứng dụng khá thành cơng các mẫu robot sau:

- Bộ điều khiển Digital áp dụng cho robot dạng SCARA 4 trục do Viện

Cơ Học Ứng Dụng TP HCM thực hiện

- Mẫu robot di động hoạt động trong mơi trường cháy nổ, mẫu robot MSR

50 bốc dỡ và vận chuyển vật liệu rời của Viện Điện tử, tin học và Tự động hố (Vielina)

- Robot lấy đĩa CD trên máy ép nhựa, xưởng sản xuất của Nhà máy Z

- Một số mẫu robot của Đại học Bách khoa Hà Nội: Robot 6 bậc tự do RBP-4102, robot SCA mini

- Mẫu robot gấp sản phẩm phơi chai nhựa PET của khoa cơ khí, Đại học Bách khoa TP HCM chế tạo cho cty Bảo Vân

- Robot cấp phôi con giống bằng sứ từ lò nung cho thiết bị sản xuất bi thủy tinh của Công ty KIM TRÚC – Khu công nghiệp Tân Bình, TP HCM

Một số tài liệu và đề tài nghiên cứu về robot phục vụ các cho cơng nghiệp hàn, chẳng hạn như:

- “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo robot phục vụ các quá trình sản xuất trong các điều kiện độc hại và khơng an tồn” - Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Lê Hồi Quốc, 2004 Trong đĩ cĩ 5 hạng mục phần cứng:

+ Robot vạn năng cấp phơi cho máy tơi cao tần + Robot hàn

+ Robot Crane + Tay máy phục vụ trong dây chuyền sản xuất đạn, thuốc nổ + Tay máy gắp sản phẩm nhựa (theo phương ngang và theo phương đứng)

Một số hình ảnh về kết quả của đề tài:

Hình 1.6: Robot vạn năng cấp phôi cho máy tôi cao tần

Hình 1.7: Robot hàn

Hình 1.8: Robot Crane

Hình 1.10: Tay máy gắp sản phẩm nhựa

- “Điều khiển robot hàn khi gia công các quĩ đạo phức hợp” - Trần Vệ Quốc, Phạm Thành Long

- “Điều khiển chuyển động robot hàn theo quĩ đạo định trước” - Nguyễn Thiện Phúc, Tuyển tập công trình khoa học hội nghị cơ học toàn quốc lần thứ VI, V.2, tr.109-113, 1997

- “Thiết kế và chế tạo robot di động chuyên dùng hàn đường thẳng, hàn góc trong mặt phẳng” – PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến, Sở KHCN Tp.HCM

2006

- “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình robot hàn tự hành chuyên dùng hàn các đường cong phẳng trong mặt phẳng ngang” – Huỳnh Lê Minh, Luận văn cao học Ngành Chế tạo máy K2004

Một số kết quả đạt được của luận văn:

+ Chế tạo và chạy thử mô hình robot hàn tự hành chạy bằng bánh xe hàn các đường cong phẳng trong mặt phẳng nằm ngang

+ Xây dựng được phương pháp nhận biết đường hàn

+ Kích thước gọn nhẹ, dễ vận chuyển + Giá thành tương đối rẻ so với robot nhập ngoại

Các vấn đề còn hạn chế của đề tài luận văn trên:

+ Robot di chuyển bằng bánh xe tiếp xúc trực tiếp với sàn nên khó

cân chỉnh và đảm bảo phương di chuyển sẽ thẳng

+ Phương di chuyển sẽ phụ thuộc rất nhiều vào bề mặt sàn

+ Cảm biến khó điều chỉnh và giá thành còn cao + Độ ổn định về mặt điều khiển còn thấp do sử dụng vi điều khiển thế

hệ cũ + Không có chế độ “Dry Run” chuyên dùng để hàn các đường thẳng + Các module trượt không có bộ phận che chắn nên giảm tuổi thọ khi làm việc trong môi trường công nghiệp

Một số hình ảnh:

Hình 1.12: Sản phẩm robot hàn trong mặt phẳng ngang của đề tài luận văn

đang hàn thử nghiệm trên sàn gạch bông

Bên cạnh các mẫu robot tĩnh tại được sử dung trong sản xuất công nghiệp, trong thời gian gần đây, việc nghiên cứu và ứng dụng robot di động trong sản xuất công nghiệp ngày càng phát triển Robot di động được trang bị các thiết bị nhận dạng âm thanh, hình ảnh, khoảng cách,… và đòi hỏi phải dùng các phương pháp điều khiển tinh vi hơn Những vấn đề nghiên cứu trên robot di động đem lại nhiều kết quả khả quan trong việc ứng dụng vào công nghiệp, an ninh quốc phòng… những robot cứu hộ của Viện Điện tử, tin học và tự động hóa (Vielina), robot quay phim của Đại học Báck khoa TP.HCM…

Tuy nhiên, cho đến nay đa số các nghiên cứu về robot hàn chỉ đứng ở kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiêm vì việc đưa sản phẩm vào ứng dụng trong thực

tế gặp nhiều vấn đề như thiết bị đắt tiền, duy tu, bảo trì các cảm biến khó khăn,… Nguyên nhân chính của những khó khăn trên là cảm biến dùng để dò đường hàn

thợ hàn thực hiện bằng tay

hµn

M¹ch s¬ cÊp

Hå quang

Kim lo¹i

mèi hµn BÓ hµn

Kim lo¹i c¬ b¶n

D©y c¸p m¸t

D©y c¸p hµn

M¹ch thø cÊp

K×m hµn Que hµn vá bäc

Hình 1.13: Nguyên lí hàn hồ quang tay b) Ứng dụng

Phương pháp hàn hồ quang tay là phương pháp đơn giản để hàn ở các tư thế không gian khác nhau Đây là phương pháp hàn phổ biến nhất để hàn các kết cấu có chiều dày nhỏ và trung bình Trong công nghiệp tàu thủy thường hàn nẹp gia cường nối thép mỏ với đà ngang đáy, hàn các nẹp gia cường cho các lỗ công nghệ, hàn các

1.4.2 Hàn MIG/MAG: (hàn hồ quang kim lọai nóng chảy trong môi trừong khí

bảo vệ)

a) Nguyên lý:

Khi hàn trong môi trường khí bảo vệ bằng điện cực nóng chảy, hồ quang giữa đầu điện cực (dưới dạng dây hàn) và vật hàn liên tục nung chảy điện cực và mép hàn Dây hàn được cấp vào vùng hồ quang thông qua cơ cấu cấp dây với tốc độ bằng tốc độ chảy của dây hàn (với điều kiện chiều dài trung bình của hồ quang không đổi) Phần điện cực bị nung chảy chuyển dịch vào vũng hàn theo một trong các loại cơ chế dịch chuyển kim loại vào vũng hàn và phụ thuộc vào cường độ dòng điện hàn, đường kính điện cực, chiều dài hồ quang, nguồn điện hàn và loại khí bảo

vệ

D©y hµn

Hå quang

Kim lo¹i c¬ b¶n

Cuén d©y C¸p ®iÒu

khiÓn dßng ®iÖn §−êng khÝ vµo

Hình 1.14: Nguyên lí hàn MIG/MAG b) Ứng dụng

Hàn hồ quang kim loại nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ ( CO2) là phương pháp hàn kinh tế, phù hợp với các mối hàn đòi hỏi các đường hàn thẳng, cong hoặc chiều dài lớn Có thể hàn các tấm dày và mỏng, ở mọi tư thế với thao tác

hàn dễ dàng

1.4.3 Hàn TIG: (hàn hồ quang khí trơ với điện cực không nóng chảy)

tungsten làm nóng chảy chi tiết hàn, vùng hàn được bảo vệ trong môi trường khí trơ

là Argon hay Heli Với phương pháp này ta sẽ có được mối hàn có chất lượng cao,

có tính thẩm mỹ

Hình 1.15: Nguyên lí hàn TIG

1.4.4 Hàn hồ quang chìm:

Hàn hồ quang dưới lớp thuốc (gọi tắt là hàn hồ quang chìm) là quá trình hàn

hồ quang trong đó một hoặc nhiều hồ quang hình thành giữa một hoặc nhiều điện cực (dây hàn) và kim loại cơ bản Một phần lượng nhiệt sinh ra trong hồ quang điện làm nóng chảy điện cực, một phần ở vào kim loại cơ bản và tạo thành mối hàn Một phần còn lại nung chảy mối hàn, tạo thành lớp xỉ và khí bảo vệ hồ quang và kim loại nóng chảy Hàn hồ quang dưới lớp thuốc cho hiệu suất hàn cao, chất lượng của kim loại mối hàn như nhau, hàn hồ quang dưới lớp thuốc không phù hợp cho những mối hàn ngắn hoặc cong, hoặc trong vị trí hàn leo hay hàn trần

Hình 1.17: Hàn bằng tia laser

1.4.6 Hàn plasma:

bảo vệ bên ngoài 2 dòng khí plasma chuyển động xung quanh điện cực trung tâm được làm bằng tungsten Ưu điểm của phương pháp hàn plasma so với hàn TIG là tốc độ hàn cao và có khả năng hàn chi tiết có độ dày cao

Trong ngành công nghiệp sản xuất chế tạo, tùy vào đặc thù của từng lĩnh vực

và từng loại sản phẩm mà ta sử dụng các dạng robot khác nhau Ở đây ta có thể chia

dụng nhiều do nó cho phép súng hàn chuyển động như cách con người thao tác Góc súng hàn và góc di chuyển có thể thay đổi để hàn ở mọi vị trí, nhất là ở những vị trí khó tiếp cận Những tay máy công nghiệp sử dụng trong công nghiệp hàn thường được thiết kế có 6 bậc tự do

Hình 1.19: Robot 6 bậc tự do

Tuy nhiên tay máy công nghiệp có phạm vi hoạt động bị giới hạn nên không

Hình 1.20: Robot gắn đầu hàn MIG/MAG có ly hợp chống va đập

Hình 1.21: Robot gắn đầu hàn bấm

1.5.2 Dạng robot tự hành có đường dẫn hướng hay hoàn toàn tự động:

Được sử dụng khi yêu cầu cần hàn những đường hàn rất dài (theo cả 2 phương ngang và đứng) vượt khỏi tầm với của tay máy công nghiệp hay những chi

tiết hàn đặt ở vị trí xa nhau mà không cần dùng nhiều tay máy hàn

Hình 1.23: Robot công nghiệp kết hợp với ray trượt nằm ngang

Hình 1.25: Robot công nghiệp kết hợp với ray trượt trên vách

Hình 1.27: Robot hàn đứng của hãng Bug-O

1.6 CÁC ĐẶC ĐIỂM VÀ YÊU CẦU TRONG QUÁ TRÌNH HÀN VỚI ROBOT:

Để nhận được mối hàn có chiều rộng lớn, que hàn phải có di chuyển qua lại Dao động này còn tạo điều kiện tập trung nhiệt ở mép mối hàn làm cho mối hàn ngấu sâu và đều Để chọn kiểu dao động qua lại là tùy thuộc vào trình độ và thói quen của người thợ cũng như khả năng thực hiện của robot

Một số quĩ đạo dao động của đầu hàn:

Hình 1.29: Các dạng đường hàn Trường hợp vật dày, hàn một lớp không ngấu hết, phải hàn nhiều lớp:

Hình 1.30: Hàn nhiều lớp chồng lên nhau Khi hàn một hay nhiều lớp phải tìm biện pháp chống biến dạng, do đó phải tuỳ vào chiều dài mối hàn mà thực hiện những biện pháp công nghệ khác nhau:

- Đối với mối hàn ngắn (L<500mm) có thể bắt đầu hàn từ giữa hàn ra theo chiều mũi tên

- Đối với mối hàn trung bình (L<=1000mm) và dài (L>1000mm) phải tiến hành phân đoạn để hàn:

Hình 1.31: Phương pháp hàn chồng (Trên đó mũi tên dài biểu thị đường hàn,

mũi tên ngắn biểu thị phương pháp phân đoạn)

Khi hàn nhiều lớp còn có thể hàn chồng thẳng và hàn chồng leo; lớp sau chồng lên lớp trước chưa kịp nguội làm giảm tốc độ nguội

Tùy vào công nghệ hàn đối với từng loại chi tiết hay sản phẩm mà đòi hỏi robot phải thực hiện theo đúng những yêu cầu công nghệ như: chuyển động zigzag hay hàn chồng nhiều lớp…

Các phương pháp tạo ra quĩ đạo chuyển động công nghệ hàn: Quĩ đạo công nghệ được sử dụng trong robot hàn thường có dạng zigzag hay circle Để thực hiện các chuyển động trên có 2 phương pháp:

+ Gắn thêm cơ cấu phụ: Cơ cấu này thướng gắn ở khâu cuối, robot sẽ di chuyển khâu cuối có mang đầu hàn theo quĩ đạo hàn và cơ cấu phụ sẽ tạo chuyển động quĩ đạo công nghệ

Hình 1.32: a) Chuyển động zigzag, b) Chuyển động tròn

Hình 1.33: Robot hàn có gắn bộ phận tạo quỹ đạo công nghệ của Bug-O

+ Phối hợp chuyển động của các khớp để tạo ra quĩ đạo công nghệ Robot không chỉ điều khiển đầu hàn di chuyển dọc theo đường hàn mà đồng thời tạo ra chuyển động lắc cho đầu hàn

Hình 1.34: Quĩ đạo công nghệ hàn được tạo ra

do kết hợp chuyển động của các khớp

1.7 SƠ LƯỢC VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TÀU THUỶ:

1.7.1 Các kích thước hình học của tàu thủy:

1.7.1.1 Ba mặt cắt thân tàu thẳng góc với nhau

- Mặt cắt dọc giữa tàu: một mặt phẳng đứng dọc theo đường tâm của chiều dài tàu và một mặt đối xứng giữa mạn trái và phải của tàu