Khảo Sát Động Họ Và Mô Phỏng Robot Trong Gia Ông Bằng Tia Laze.pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

PHẠM NGỌC HẢI

KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC VÀ MÔ PHỎNG ROBOT
TRONG GIA CÔNG BẰNG TIA LAZE

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Hà Nội - 2016

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17062858041221000000 1b0858a


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

PHẠM NGỌC HẢI

KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC VÀ MÔ PHỎNG ROBOT
TRONG GIA CÔNG BẰNG TIA LAZE

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS PHAN BÙI KHÔI

Hà Nội - 2016


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

LỜI CAM ĐOAN
Tôi là:

Phạm Ngọc Hải

Lp: 14BCTM  i hc Bách khoa Hà Ni.
 tài: Khảo sát động học và mô phỏng robot trong gia công bằng tia laze.
Chuyên ngành: Công ngh ch to máy.
Mã s: CB140308

a riêng tôi. Các k

trong lu
liu nào./.
Hà Ni, ngày 28 tháng 9 .
Người viết

Phạm Ngọc Hải

1


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ..................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ......................................................................... 5
LỜI MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN...........................................................................................12
1.1. ng dng robot trong gia công bng tia laze .................................................12
1.1.1. Robot công nghip ................................................................................... 12

1.1.2. ng dng robot công nghi .................
1.1.3. ng dng robot trong gia công bng tia laze .......................................... 22
1.2. Cng hc robot gia công bng tia laze ............................................. 37
1.2.1. Cu trúc chung ca robot công nghip .................................................... 37
1.2.2. Cu trúc chung ca robot gia công bng tia laze .....................................39
u chp hành ca robot gia công bng tia laze .................................

 khng hc robot ................................................................

1.3.1. T thun nht và ma trn bii t thun nht ...................

 pháp Denavit-Hartenberg ...........................................................46

    n truyn bi i t  th
Hartenberg .........................................................................................................47
CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC ROBOT TRONG GIA CÔNG BẰNG
TIA LAZE ......................................................................................................................... 49
2.1. Các h ta kho sát, các tham s ng hc ....................................................49
2.1.1. Các h t kho sát ............................................................................. 49
2.1.2. Các tham s ng hc Denavit-Hartenberg ............................................. 50
2.1.3. Các ma trn bii t thun nht Denavit-Hartenberg .................. 50

2.2. Thit lng hc robot .....................................................
2.2.1. Ma trn trng thái khâu thao tác theo trng thái thao tác gia công công
ngh .................................................................................................................... 51

2.2.2. Ma trn trng thái khâu thao tác theo cng hc ......................... 52
2


ng hc robot ...........................................................

ng hc robot ............

ng hc thun ..................................................................

ng hc ...........................................................

 ging hc ..
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG ROBOT GIA CƠNG BẰNG TIA LAZE
.............................................................................................................................................59
3.1. Thit k mơ hình cu trúc robot gia công bng tia laze .................................59
3.1.1. Các phn mm thit k  .................................................................59

3.1.2. Thit k cu chp hành ca robot..............................
3.1.3. To d linh dng cu trúc robot ....................................................... 63
3.2. Tính tốn quy lut chuyng ca robot ..................................................... 64
3.2.1. Gii thut tính tốn .................................................................................. 64
3.2.2. Lp trình bng ngôn ng Maple .............................................................. 65
3.2.3. Mô phng s các kt qu tính tốn .......................................................... 69
3.3. Mơ phng hong ca robot ....................................................................... 86

3.3.1. Thit k giao diô phng robot ...............................
3.3.2. C ......................................................................
3.3.3. Mô phng hong thao tác ca robot ..................................................92
KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 93
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..............................................................................................94

3


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bm ca mt s loi laze ph bin ..............................................
Bng 1.2. Bng tham s ng hc theo Denavit-Hartenberg ...................................... 47
Bng 2.1. Bng tham s ng hc theo D-H ................................................................. 50

4


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

 làm vic ca robot RBM5 phc v t dp c nh

 b trí robot phc v nhit luy ..................

 làm vic ca robot trên dây chuyn hàn v ơ tơ Toyota ..............
Hình 1.4. Robot phc v máy tin bán t ng ............................................................. 18
u phân phi ph ....................................................................................

 b trí robot phi hp làm vic trên dây chuyn t ng .........
Hình 1.7. Dây chuyn máy phay t ng có hai robot phc v .................................. 20

Hình 1.8. T l phân b v loi cơng vic dùng robot ........................................ 22

 phân b t l các loi robot vi các lo
nhau ..................................................................................................................................... 22
Hình 1.10. Nguyên lý gia cơng chùm tia laze ................................................................ 23
Hình 1.11. Ngun lý gia cơng chùm tia laze. ............................................................... 25
Hình 1.12. Ct bng tia laze ............................................................................................. 26
Hình 1.13. Máy gia cơng bng tia laze trên mt phng ................................................ 34
n ct hình bng máy laze .......................................................

Hình 1.15. Cn 1 máy gia cơng bng tia laze ............................................ 3
Hình 1.16. Các sn phc gia cơng bng máy laze .............................................. 35
Hình 1.17. Các tay máy ng dng gia cơng bng tia laze ............................................ 36

Hình 1.18. Robot gia cơng bc g 
Hình 1.19. Cu trúc chung ca robot cơng nghip ........................................................ 38
Hình 1.20. Ví d v các kt cu modun .......................................................................... 39
Hình 1.21. Cu trúc chung ca robot gia cơng bng tia laze ....................................... 40
Hình 1.22. Mơ hình 3D ca robot ba bc t do ............................................................. 41

n hình v
Hình 1.24. Kho sát vt B trong h quy chiu ............................................................... 43
Hình 1.25. Gn các khâu ca robot theo trc dc các khp......................................... 46
Hình 1.26. Khâu ca robot dch chuyn theo trc dc khp ....................................... 47

Hình 2.1. H trc t cc t do ...............................................
5


Hình 3.1. Giao din SolidWorks ..................................................................................... 60

Hình 3.2. Các loi tài liu trong SolidWorks ................................................................. 61
Hình 3.3. Hình v 3D chi tic gn vi giá c nh .............................
Hình 3.4. Hình v 3D chi tit khâu 2 ca robot laze ..................................................... 62
Hình 3.5. Hình v 3D chi tit khâu 3 ca robot laze ..................................................... 62
Hình 3.6. Hình v 3D chi tit khâu 4 ca robot laze ..................................................... 62
Hình 3.7. Hình v 3D chi tit khâu 5 (khâu thao tác cui) ca robot laze ................. 62
Hình 3.8. Xut d linh dng .STL ................................................

Hình 3.9. Màn hình giao dia hãn
Hình 3.10. Mơ hình robot laze gia cơng l trịn trên b mt nm ngang ca v máy
............................................................................................................................................. 70

Hình 3.11.  th biu din quy lut chuyng c ............................
Hình 3.12 th biu din quy lut v vn tc chuyng c

Hình 3.13 th biu din quy lut v gia tc chuyng ca  .......
Hình 3.14 th biu din v trí các khâu thao tác ......................................................... 72
Hình 3.15 th biu din vn tc các khâu thao tác ..................................................... 73
Hình 3.16 th biu din gia tc các khâu thao tác .................................................. 73
Hình 3.17 th biu din v trí khâu 1 ......................................................................... 74
Hình 3.18 th biu din vn tc khâu 1 ..................................................................... 74
Hình 3.19 th biu din gia tc khâu 1 ....................................................................... 74
Hình 3.2 th biu din v trí khâu 2 ....................................................................... 75
Hình 3.21 th biu din vn tc khâu 2 ...................................................................... 75
Hình 3.22 th biu din gia tc khâu 2 ....................................................................... 75
Hình 3.23 th biu din v trí khâu 3 ......................................................................... 76
Hình 3.24 th biu din vn tc khâu 3 ...................................................................... 76
Hình 3.25 th biu din gia tc khâu 3 ....................................................................... 76
Hình 3.26 th biu din v trí khâu 4 ......................................................................... 77
Hình 3.27 th biu din vn tc khâu 4 ...................................................................... 77

Hình 3.28 th biu din gia tc khâu 4 ....................................................................... 77

6


Hình 3.29 th biu din v trí khâu 5 ......................................................................... 78
Hình 3.3 th biu din vn tc khâu 5 ...................................................................... 78
Hình 3.31 th biu din gia tc khâu 5 ....................................................................... 78

Hình 3.32 th biu din v ..............................................................
Hình 3.33 th biu din vn t .............................................................

Hình 3.34 th biu din gia t ................................................................

Hình 3.35 th biu din v trí theo pha  .........................
Hình 3.36 th biu din sai lch v trí theo pha  .....

Hình 3.37 th biu din v trí theo pha  .....................
Hình 3.38 th biu din sai lch v trí theo pha  .....
Hình 3.39 th biu din v trí theo pha .........................

Hình 3.4 th biu din sai lch v trí theo pha  .........

Hình 3.41 th biu din vn tc theo pha  ....................

Hình 3.42 th biu din sai lch vn tc theo pha  ........

Hình 3.43 th biu din vn tc theo pha  ................

Hình 3.44 th biu din sai lch vn tc theo pha  .

Hình 3.45 th biu din vn tc theo pha  ....................

Hình 3.46 th biu din sai lch vn tc theo pha  ......

Hình 3.47 th biu din gia tc theo pha  ...................

Hình 3.48 th biu din sai lch gia tc theo pha ........

Hình 3.49 th biu din gia tc theo phca  ....................

Hình 3.5 th biu din sai lch gia tc theo pha  ..
Hình 3.51 th biu din gia tc theo pha  ......................

Hình 3.52 th biu din sai lch gia tc theo pha  ...
Hình 3.53. H t c gn vi khâu 1 ca robot ................................................... 87
Hình 3.54. H t c gn vi khâu 2 ca robot ................................................... 88
Hình 3.55. H t c gn vi khâu 3 ca robot ................................................... 88
Hình 3.56. H t c gn vi khâu 4 ca robot ................................................... 88
Hình 3.57. H t c gn vi khâu 5 (khâu thao tác cui) ca robot ............... 88

7


Hình 3.58. Tùy chn hiu chnh dng *.STL .................................................

Hình 3.59. Giao din chung mô phng hong cu robot vng công ng
Hình 3.60. Giao din chng dn ti file cu trúc robot .......................................... 91
Hình 3.61. Giao din chng dn ti file d liu mô phng robot .......................... 91

8


LỜI MỞ ĐẦU

Vào nht hi

có nhng robot thc s n nh thu

ng hóa làm cho các thit b u khin nhiu tr 

chuyn bi v mt công ngh. Nh g

n t, các h chuyên gia, mng nouron và công ngh 

có m c tin dài, m rng phm vi ng dng ra nhiu mt và tr thành m
chuyên ngành hp dn nht ca k thut.
1-Tính cấp thiết của đề tài

Ngành công nghip th gii qua nhiu cuc cách mng trong quá kh
nhng cuc cách m  i c th gi  

ng hóa là mt cuc cách mi, vì ma nó là gi
ra khi nhng nng nhc.
Mc dù robot và robot công nghi c s dng rng rãi
bn thân là giao thoa ca nhic k thun, khơng ngng
nên ln có nhng gii hn b n

robot vc coi là còn nhiu yu t 
pháp gi hin rng nhng ng x ca cu trúc trong

vic,  c hiu bi  có th ng dng robot vào nhng
i thao tác tinh vi nht, cn có thêm nhiu n lc nhm làm ch các quá trình
ng hc ng lc hc.

c s dng ph bin trên th gig
c  Vit Nam. Ngoài nguyên nhân v 

trong nh

khin các kin thc chuyên nghành c    c ph

ng s dng thit b     nghiên cu, ng dng k thu

khác có nhng k thu dng rt phc tp, vic tip ci vi nh

9


 này có nhiu tr ngi, nu có th thay th bng mt k thu
thun lk.

Các thông s u khi  o, vn tc, gia tc, l

robot nhp ngo  c các hãng sn xut tích h   t sn tr
Trong khi   thc hin các công vic phc tp, các d liu này cn can thip

u chnh theo i s
liu. Ving cong ghnh không gian nm trong kh 

trúc cht ra ngoài kh a h u khi

Nh  ng ph    i   ta tp t
quyt v: “Khảo sát động học và mô phỏng robot trong gia cơng bằng tia laze”
2-Mục đích nghiên cứu
 tài tp trung nghiên cu v c tính làm vic ca robot gia công bng

tia laze    u qu các    

trên phn mm i gian thc hi chính xác ca d liuu
và kh ng dng máy tính ca tng 
3 - Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

ng nghiên cu c ng h

trúc chung hc h. Ch yu t

thung hc nh các thông s t suy rng phc v

chuyng. Các thông s ng hnh qua mơ hình tốn, vi

các thơng s này bng lí thuym chng li k
làm truyn thng, kt qu mô phng, s m bo tính khách quan ca v.
4-Ý nghĩa của đề tài
- c:

c tính hiu qu v thi gian, tính v c
các n thng ging hc r

+ Kt qu nghiên cu c  ng ngh

m tng ca cu trúc chp hành

10


th nghiên cu v vic gi nh cho cu trúc thông qua h thp tr
p, dch chuyn ti thinh vùng làm vi
-c tin:
Các kt qu nghiên cu c tài có th s dng trong nghiên cu v robot
gia công bng tia laze hoc ng dng vào quá trình chun b sn xut trong thc t.

11


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Ứng dụng robot trong gia công bằng tia laze
1.1.1. Robot công nghiệp
p
Robot công nghip là máy, thi
t b
c nh ho
c t
ch h
p tnhi
u








b
ph
c b
phnch
nh bao gm:
c

u ch
p hành,

1. 
th
ng d
ng,
2. H
th
u khi
ptrnh linh ho
t,
3. H
kh 
th
ng thông tin gi
m s
t,
4. H
5. H thng.

Nh v
yrobot công nghip c
c t
ng linh ho
t, b
c

kh 





c c
c ch
ng công nghip c
i.





Robot công nghip c ng dng rt rng rãi và ph bin trên th gii, nó
có th tham gia vào các quá trình sn xut, sa cha, ch to trong tt c các ngành

p, nông nghip, y h
1.1.2. Ứng dụng robot cơng nghiệp trong gia cơng cơ khí
a. Mc tiêu ng dng robot cơng nghip (Nguyn Thin Phúc, 2002)

Nhm góp phn nânt dây chuyn công ngh, gim giá t

nâng cao chng và kh nh tranh ca sn phng thi ci t

kit phát t nhn

c ng dng  nhic. Nh
- Robot có th thc hic mt quy trình thao tác hp lý bng ho
th lành ngh mt cách nh trong sut thi gian làm vic. Vì th robot có th góp

phn nâng cao chng và kh nh tranh ca sn ph,

th i cơng vi thích nghi vi s bii mu
phm theo yêu cu ca th ng cnh tranh.

- Kh  m giá thành sn phm do ng dng robot là vì gi 

 i ng, nht là  c có m

12


ng, cng các khon ph cp và bo him xã hi. Theo s liu ca Nht B

thì nu mt robot làm vic thay th i th thì tin mua robot ch bng ti

i th trong vòng ba n  b

- Vic áp dng robot có th t dây chuyn cơng ngh

y vì n kha dây chuyn sn xu

th i bi th không th theo kp hoc rt

Theo s liu ca Hãng Fanuc, Nht B

- ng dng robot có th ci thiu ki

nht mà chúng ta c   c t sn xut có rt nhi

ng phi làm vic sut bung rt bi bm, t, n

n ào quá mc cho phép nhiu ln. Thm chí  nhin
làm vic vc hi nguy hin sc kh
tay, d b nhim hóa chc hi, nhin t và phóng x
bc ng dng robot

Vic ht phi nh ng b hóa c

ri t ng hóa và robot hóa chúng khi cn thi  quy   

robot hóa cho c dây chuyn công ngh hoc ch  m   
ng xem xét các mt sau:
- Nghiên cu q trình cơng ngh c robot hóa và phân tích tồn b h
thng sn xut ca xí nghip. c này c
và nu hiu qu tính ra cho tồn b h thng khơng th hin rõ thì vi

-   ng cn robot hóa.  nh nên

nhng ngun cơng nào thì phi xem xét kh  u robot có thay th 
khơng và có hiu qu 

vic q nng nhc, bi bm,   c h  ng ho 
ng thay th hồn tồn bng robot thc t khơng hiu qu bng vic gi li mt
s i s khéo léo ci.

13


- Xây dng mơ hình q trình sn xuc robot hóa. 

 tng th q trình cơng ngh, cnh rõ dòng chuyn dc

liu và dòng thành ph m bo s nhng b ca toàn h th
th mi c hiu qu n.

- Chn la mu robot thích hp hoc ch t
quan trng, vì robot có rt nhiu loi vi giá tin rt khác nhau, nu khơng chn

 khơng nht mà cịn khơng phát hu

, ving xy ra khi mua rob
Có nhng chc trang b n

c th m nhim trên dây chuyn sn xut. Vì th i giá lên rt cao
có lp thit b.

Cu trúc robot hp lý nht là c

thành sn xu ng th c nhu cu phc v công vi 

n càng d thc hi chính xác cao và h giá thành. N

cịn có t to dng các robot thích hp vi công vi mua lp các m
chung trin khai hi vi b phn xí
hi
cc ng dng robot cơng nghip (Nguyn Thin Phúc, 2002)
- M ngh 

công vic r   u kin làm vic nóng bc, bi bm, m 

ln và chng v thuc nhiu vào q trình thao tác. Vic t 

toàn phn hoc tng phng các dây chuyn t 

vi các máy t ng chuyên di phi có các thit b phc t

ln. Ngày nay  nhic trên th gic dùng r
công ngh  y phc v 

nhiu vi   i nóng chy vào khn, ly v  

mép tha, làm sch vn v
robot phc v các c có nhim. Ví dm bo

14


làm vic; chun hóa v thi gian thao tác, v nhi u kin tháo v
khi khuôn ép. Bi th, chng v

- Trong ngành gia công áp lu kin làm viá nng n, d

mt mi nht là     ng rèn d   i s
công nghi   ng rèn robot có th thc hin nhiu vic, ví

a vào lị nung, l

chuyn lt phơi trong khi rèn và xp li v

các lon nh 
toàn gim nh ng ca công nhn. So v

khác phc v các máy rèn d


 làm vic ca robot RBM5 phc v t dp c
Trên Hình 1.1  làm vic ca robot t v trí (1) quay sang phi ti v
trí (2) ri h xung v trí (3). Sau khi kp chi tit tay máy nâng lên v trí (4) ri quay
15


sang ti v trí (5) và h xung v  t chi ti
tip tc nâng lên ti v trí (7) và quay sang v trí xut phát (8) ch tín hiu m máy.
  ngoi tín hiu t LS1, LS2, LS3 báo v trí cao nht c
i ca thit b nâng phơi.
- Các q trình hàn và nhit luy ng bao gm nhiu công vic nng

nhc hi và  nhi cao. Do vy  
robot cơng nghip.

Hình 1.2 b trí robot phc v nhit luy
Trên Hình 1.2 gii thi b trí robot phc v vic nhit luy

 Cơng ty Kawasaki Nht bm các v 

nhit luyn: 1  v trí trong lị; 2  v trí ch vào lị nung; 3  v trí ly t 

chuyn; 4  v trí trên máy ép; 5  v 

Tay máy (6) trong vùng hong (7) ngồi vii các v trí k 
khin thit b ph t ra vào lò nung.

c s dng ph bin nht là trong vic t ng hóa q trình hà

c bit trong k ngh ơ tơ. Trên Hình 1.3    làm vic ca robot trên dâ
chuyn hàn v ô tô Toyota (Nht Bn).
16


Hình 1.3 làm vic ca robot trên dây chuyn hàn v ô tô Toyota
Khi s dng robot trong vic bit là hàn h quang vi mi hàn ch
ng cong không gian cn phm bu ch

khong cách c n cc so vi mt phng ca mi hàn. Nhim v  

xem xét khi tng hp chuyng ca bàn kp và xây dng h thu khi
liên h phn hi. Kinh nghim cho thy rng có th thc hin tt cơng vic hàn nu
thông s chuyng c n cc và ch  u

ng nhng thi nc trang b các b phn

tra và hiu chnh. Ngồi ra robot hàn cịn phát huy tác dng ln khi hàn trong nhng
c bit.

- c dùng khá rng rãi trong gia công và l  ng t
i ta s dng robot ch yu vào các vic tháo lp phôi và sn phm cho các máy

n bán t 
d ng dng robot phc v máy tin bán t ng gia công các trc bé. Robot RBM

 100 ln lt lc x
17


cht bng thy lc. Ri sau khu gia công xong li tháo chi tit x
Trên tay máy lp hai bàn kp, dùng cho phôi và dùng cho sn phm. Các con s trên
hình v ch các v trí liên tip c

Trong ngành ch to máy và dng c  l

40% giá thành sn ph  p

i vi sn phm hàng loi vi sn xut hàng lot ln. B
to ra và s dng robot lt quan trng.

Hình 1.4. Robot phc v máy tin bán t ng
Phân tích q trình lp ráp chúng ta thy r

ti lp chúng vi nhau thì có th t b t

thc hing tác khác trong quá trình ghép cht chúng thì ch

yu t thi  nh v là v quan trng cn
thit k các loi robot lp ráp. Ngoài ra, yêu cu hii vi các loi robot l

ráp là nâng cao tính linh ho ng nhiu loi cơng vic, h giá thành và d
thích hp vi sn xut loi nh.

t hin nhiu dây chuyn t ng gm các máy v
robot công nghip. Các dây chuyt m t ng cao, t ng hoàn
18