thiết kế và chế tạo mô hình ROBOT hàn 3 bậc tự do điều khiển bằng PLC

LOGO

TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
--------------o0o---------------

08-2009


Tên đề tài

GVHD: 1. T.S Bùi Trung Thành
2. Th.S Lê Thị Minh Tâm
SVTH: 1. Phạm Việt Dũng
2. Trần Thị Thanh Loan


Cấu trúc đồ án
Chương 1: Giới thiệu chung
Chương 2: Tổng quan về robot hàn
Chương 3: Xây dựng mô hình robot hàn 3
bậc tự do
Chương 4: Thiết kế bộ điều khiển và lựa chọn
động cơ
Chương 5: Lập trình điều khiển robot
Chương 6: Kết quả và thảo luận
Chương 7: Kết luận và kiến nghị


Chương 1: Giới thiệu chung
1.1 Mục tiêu nghiên cứu

1.2 Phạm vi nghiên cứu
1.3 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu


Chương 1: Giới thiệu chung
1.1 Mục tiêu nghiên cứu
 Nghiên cứu robot hàn và các ứng dụng
 Thiết kế, chế tạo mô hình cơ khí robot 3 bậc tự do
 Thiết kế mạch điều khiển cho robot
 Lập trình điều khiển cho robot


Chương 1: Giới thiệu chung
1.2 Phạm vi nghiên cứu
 Chế tạo và điều khiển 3 khớp của cánh tay robot hàn, không
có cơ cấu mỏ hàn.

1.3 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu
 Phương pháp:
Tham khảo tài liệu, thực nghiệm
Phương tiện:
Sách tham khảo, tài liệu mạng, modul PLC, phần mềm…


Chương 2: Tổng quan về robot hàn
2.1 Hệ thống điều khiển robot
2.2 Công nghệ hàn điểm, hàn đường
2.3 Các nghiên cứu về robot hàn

Chương 2: Tổng quan về robot hàn
2.1 Hệ thống điều khiển robot


Chương 2: Tổng quan về robot hàn
2.2 Công nghệ hàn điểm, hàn đường

Hình 2.1: Robot hàn điểm trong
nhà máy sản xuất xe hơi

Hình 2.2: Hệ thống robot hàn
đường của hãng FANUC


Chương 2: Tổng quan về robot hàn
2.3 Các nghiên cứu về robot hàn

Hình 2.3: Robot hàn VR006AL
của hãng Panasonic (Nhật)

Hình 2.4: Robot hàn của Việt
Nam


Chương 3: Xây dựng mô hình cánh tay robot
hàn 3 bậc tự do

 3.1 Xây dựng mô hình cánh tay robot
 3.2 Thiết lập hệ tọa độ và bảng D – H
 3.3 Phương trình động học

Chương 3: Xây dựng mô hình cánh tay robot
hàn 3 bậc tự do

3.1 Xây dựng mô hình cánh tay robot

Hình 3.1. Mô hình thiết kế

Hình 3.2: Mô hình sản phẩm
thực tế


Chương 3: Xây dựng mô hình cánh tay robot
hàn 3 bậc tự do

3.2 Thiết lập hệ tọa độ và bảng D - H

Hình 3.3a Đặt hệ tọa độ

Hình 3.3b Bảng thông số D - H


Chương 3: Xây dựng mô hình cánh tay robot
hàn 3 bậc tự do

3.3 Hệ phương trình động học
Hệ phương trình động học thuận

Hệ phương trình động học ngược

nx = Cθ 1 ( Cθ 2Cθ 3 − Sθ 2 Sθ 3 )
n y = Sθ 1 ( Sθ 2Cθ 3 + Cθ 2 Sθ 3 )
nz = Sθ 2Cθ 3 + Cθ 2 Sθ 3

s x = Cθ 1 ( − Cθ 2 Sθ 3 − Sθ 2Cθ 3 )
s y = Sθ 1 ( − Sθ 2 Sθ 3 + Cθ 2Cθ 3 )
s z = − Sθ 2 Sθ 3 + Cθ 2Cθ 3

a x = Sθ 1
a y = −Cθ 1
az = 0

p x = 25Cθ 1 ( Cθ 2Cθ 3 − Sθ 2 Sθ 3 + Cθ 2 )
p y = 25Sθ 1 ( Sθ 2Cθ 3 + Cθ 2 Sθ 3 + Sθ 2 )

p z = 25Sθ 2Cθ 3 + 25Cθ 2 Sθ 3 + 25Sθ 3 + 40

θ1 = arctg (

θ 2 = arctg (−

ny

)
nx
a1.a x + s1.a y

)
az

− S (C .n + S .n ) + Cθ 2 .nz
θ3 = arctg ( θ 2 θ 1 x θ 1 y
)
Cθ 2 (Cθ 1.nx + Sθ 1.n y ) + Sθ 2 .nz


Chương 4: Thiết kế bộ điều khiển và lựa chọn
động cơ

4.1
4.2

Lý do sử dụng PLC cho đề tài
Động cơ bước:
4.2.1 Cấu tạo
4.2.2 Nguyên lý hoạt động
4.2.3 Ưu và nhược điểm
4.3 Thiết kế và thi công mạch
4.4 Sơ đồ ghép nối hệ thống điều khiển


Chương 4: Thiết kế bộ điều khiển và lựa chọn
động cơ

4.1 Lý do sử dụng PLC cho đề tài
 Hệ thống điều khiển dùng PLC có nhiều ưu điểm
 Công suất tiêu thụ thấp
 Độ tin cậy cao
 Giảm bớt sự cồng kềnh
 Tăng tốc độ sản xuất

…v.v.
 Ham thích học tập và nghiên cứu môn PLC


Chương 4: Thiết kế bộ điều khiển và lựa chọn
động cơ

4.2 Động
4.2 cơ bước
4.2.1 Cấu tạo:
 Gồm có 2 phần chính: rôto (động) bao gồm nhiều răng
cách đều tạo thành các cặp N – P xen kẽ nhau, Stato (tĩnh)
bao gồm các cuộn dây pha có vai trò như nhau
 Là tổng hợp của 2 loại động cơ: động cơ 1 chiều không
tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ.


Chương 4: Thiết kế bộ điều khiển và lựa chọn
động cơ

4.2.2 Nguyên lý hoạt động:
 Hoạt động trên nguyên tắc dịch bước khi cấp xung điều
khiển vào các cuộn dây stato theo một thứ tự và một tần số
nhất định.
 Vị trí của rôto phụ thuộc vào phương pháp cấp điện cho
các cuộn dây.
 Tốc độ của động cơ phụ thuộc vào tần số cấp xung.
 Chiều quay của động cơ phụ thuộc vào thứ tự cấp xung.

Chương 4: Thiết kế bộ điều khiển và lựa chọn
động cơ

4.2.3 Ưu điểm và nhược điểm:
 Ưu điểm:
 Không cần mạch phản hồi.
 Thích hợp với các thiết bị điều khiển số.
 Nhược điểm:
 Hiệu suất thấp.
Công suất nhỏ.


Chương 4: Thiết kế bộ điều khiển và lựa chọn
động cơ

4.3 Thiết kế và thi công mạch

Hình 4.1 Mạch tạo xung


Chương 4: Thiết kế bộ điều khiển và lựa chọn
động cơ

4.3 Thiết kế và thi công mạch

Hình 4.2 Mạch driver


Chương 4: Thiết kế bộ điều khiển và lựa chọn
động cơ

4.4 Sơ đồ ghép nối hệ thống điều khiển
CB vật hàn
Start

+24V

Stop

CB khớp 1
Reset

I0.0 I0.1

I0.2 I0.3

CB khớp 2 CB khớp 3

I0.4

I0.5

I0.6

PLC S7 - 300
GND

Q0.0

Q0.1

Q0.2

Q0.3

Q0.4

Q0.5

Q4.0

Q4.1

Q4.2

D-Start D-Stop D-Reset
DC1QT DC1QN DC2QT DC2QN DC3QT DC3QN


Chương 5: Lập trình điều khiển robot
5.1 Lưu đồ thuật toán
5.2 Tính toán góc quay các khớp và thời
gian cấp xung cho động cơ


Chương 5: Lập trình điều khiển robot
5.1 Lưu đồ thuật toán


Chương 5: Lập trình điều khiển robot

5.2 Tính toán góc quay các khớp và thời gian
cấp xung