Nghiên cứu phương pháp dẫn động robot hàn di động

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

ĐẶNG VĂN ĐÔNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CHẾ TẠO MÁY

Hà Nội 2014

1


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

ĐẶNG VĂN ĐÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS TRẦN ĐỨC TRUNG
2. PGS.TS PHAN BÙI KHÔI

Hà Nội - 2014

2

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

LỜI CAM ĐOAN
Tôi là: ĐẶNG VĂN ĐÔNG
Nơi công tác: Khoa Công nghệ Hàn, Trường cao đẳng nghề KTCN Việt
Nam – Hàn Quốc
Tên đề tài: Nghi n cứu phư ng ph p

n động ro ot hàn i động

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Xin cam đoan, đây là luận văn của riêng tôi. Các số liệu và kết quả trình bày
trong luận văn là do tôi phát triển và chưa từng được công bố trong bất kì một tài
liệu nào.
Hà Nội, ngày

tháng năm 2014

Người viết

ĐẶNG VĂN ĐÔNG

3


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

q1, q2, q3 Chuyển động tịnh tiến
q4

Chuyển động quay

f

là số bậc t do của robot

n

là số khâu của robot bao gồm cả giá cố định



là số bậc t do của một vật r n không chịu liên kết trong không gian làm
việc của robot

fi

là số bậc t do của kh p thứ i

g

là t ng số kh p của cơ cấu

fc

là số liên kết thừa

fr

là số bậc t do thừa

WMR


là hệ số tỷ lệ

Ai

Ma trận mô tả vị trí và hư ng của khâu i đối v i khâu i-1

Ai1

Ma trận nghịch đảo của ma trận

i 1

i 1

Welding Mobile Robot

Ci

Ma trận cosin chỉ hư ng

CiT

Ma trận chuyển vị

i 1

i 1

4

i 1

Ai


Rot(x,φ

Ma trận cosin chỉ hư ng có được khi quay hệ tọa độ quanh trục tọa độ x góc φ

Rot(y,ψ) Ma trận cosin chỉ hư ng có được khi quay hệ tọa độ quanh trục tọa độ y góc ψ
Rot(z,θ) Ma trận cosin chỉ hư ng có được khi quay hệ tọa độ quanh trục tọa độ z góc θ
Trans(a, Tịnh tiến dọc trục tọa độ x một đoạn là a, theo trục tọa độ y một đoạn là
b,c)

b, theo trục tọa độ z một đoạn là c.

0

An

Ma trận xác định vị trí của khâu thao tác

n

Ak

Ma trận xác định vị trí của hệ tọa độ g n v i khâu thao tác tại điểm tác
động cuối trong hệ tọa độ khâu cuối n

D-H

Denavit-Hartenberg

5


MỤC LỤC
Trang

MỤC LỤC ..................................................................................................... 6
DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ .................................................. 8
BẢNG ............................................................................................................ 8
HÌNH ............................................................................................................. 8
LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................. 10
Chư ng 1 ...................................................................................................... 12
CẤU TRÚC ROBOT HÀN DI ĐỘNG ...................................................... 12
1.1. Cấu trúc chung của ro ot hàn:...................................................................12
1.1.1. Robot hàn................................................................................................13
1.1.2. Bộ điều khiển ..........................................................................................14
1.1.3. Nguồn dẫn động ....................................................................................15
1.1.4. Súng hàn .................................................................................................16
1.1.5. Nguồn điện.............................................................................................17
1.1.6. Bộ làm sạch súng hàn .............................................................................17

1.1.7. Bộ cấp dây ..............................................................................................18
1.1.8. Khung hàn, tay hàn.................................................................................19
1.1.9. Bộ định tâm, cảm biến ............................................................................20
1.2. Kết cấu cơ khí của robot hàn di động ............................................................22
1.3. C cấu d n động của ro ot hàn i động. ...................................................24

ROBOT HÀN DI ĐỘNG ............................................................................ 28
2.1. Khảo t động h c ro ot hàn i động ........................................................28
2.1.1. Cơ sở lý thuyết khảo sát động học robot ...............................................28
2.1.2. Phương pháp Denavit-Hartenberg.........................................................31
2.1.3. Ma trận biến đổi tọa độ Denavit-Hartenberg ........................................34
2.1.4. Ma trận trạng thái của khâu thao tác theo dây chuyền động học .........36
2.1.5 Ma trận trạng thái của khâu thao tác theo yêu cầu công nghệ ...............36
2.1.6. Phương trình động học của Robot ........................................................38
2.1.7 Khảo sát Động học Robot MWR .............................................................38
2.2. Khảo sát động l c học robot hàn di động ......................................................44
2.2.1 Phương trình động lực học ......................................................................44
2.2.2. Phương pháp tính toán các đại lượng động lực học của Robot.............46
2.2.3. Các bài toán động lực học Robot MWR .................................................50
2.3. Ch n phư ng ph p n động và c c ộ tru ền động...............................50

Chư ng 3: THIẾT KẾ C CẤU DẪN ĐỘNG CỦA ROBOT HÀN DI
ĐỘNG ........................................................................................................... 52
3.1 Tính toán động học và động l c học Robot PWR: .........................................52

6


3.1.2 Tính toán động l c học. ...........................................................................63
3.2. T nh ch n động c

n động .......................................................................66
3.2.1. Xác định tổng các lực cản tác dụng lên Robot khi di chuyển .............66
3.2.2. Xác định công suất cần thiết, lựa chọn động cơ và hộp giảm tốc .......68
3.3. T nh to n và thiết ế c c ộ tru ền động ..............................................70
3.3.1. Tính toán bộ truyền bánh răng ...............................................................70
3.3.2. Tính toán thiết kế tr c cho bộ truyền .....................................................81
3.3.3 Thiết kế bộ truyền vít me - đai ốc. ..........................................................84

KẾT LUẬN .................................................................................................. 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 96

7


DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ
BẢNG
Bảng tham số: ......................................................................................................... 40
Bảng 4-1: Bảng tham số động l c học của Robot.................................................. 48
Các thông số và kích thư c bộ truyền bánh răng côn:75Error!

Bookmark

not

defined.

HÌNH

Hình 1.14 Khâu 2 ........................................................................................... 25
Hình 1.15 Khâu 3 ........................................................................................... 26

Hình 1.16 Khâu 4 ........................................................................................... 26
Hình 3.1 Quỹ đạo chuyển động của khâu thao tác ......................................... 52
Hình 3.2 Vị trí của điểm tác động cuối theo phương x ................................... 53
Hình 3.3 Vị trí của điểm tác động cuối theo phương y ................................... 53
Hình 3.4 Vị trí của điểm tác động cuối theo phương z ................................... 54
Hình 3.5 Vận tốc theo phương x ..................................................................... 54
Hình 3.6 Vận tốc theo phương y ..................................................................... 55
Hình 3.7 Vận tốc theo phương z ..................................................................... 55
Hình 3.8 Gia tốc đầu hàn theo phương x ........................................................ 56
Hình 3.10 Gia tốc đầu hàn theo phương z ...................................................... 57
HÌnh 3.11 Quỹ đạo đầu hàn ............................................................................ 58
Hình 3.12 Quỹ đạo khâu 1 .............................................................................. 59
Hình 3.13 Quỹ đạo khâu 2 .............................................................................. 59
Hình 3.14 Quỹ đạo khâu 3 .............................................................................. 60
Hình 3.15 Quỹ đạo khâu 4 .............................................................................. 60
Hình 3.16 Vận tốc khâu 1 ............................................................................... 61
Hình 3.17 Vận tốc khâu 2 ............................................................................... 61
Hình 3.18 Vận tốc khâu 3 ............................................................................... 62

8


Hình 3.19 Gia tốc khâu 1 ................................................................................ 62
Hình 3.20 Gia tốc khâu 2 ................................................................................ 63
Hình 3.21 Momen động cơ tác dụng lên khâu 1 ............................................. 64
Hình 3.22 Momen động cơ tác dụng lên khâu 2 ............................................. 64
Hình 3.23 Momen động cơ tác dụng lên khâu 3 ............................................. 65
Hình 3.24 Momen động cơ tác dụng lên khâu 4 ............................................. 65
Hình 3.25 Sơ đồ đặt l c lên các khâu của Robot ............................................ 66
Hình 3.26 Động cơ dẫn động Robot HC-KFS23 ............................................ 69

9


LỜI MỞ ĐẦU
Cùng v i s phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành điều khiển và t động hóa
đã có những bư c tiến quan trọng. Quá trình đó đã góp phần không nhỏ vào việc
tăng cường năng suất lao động, giảm giá thành, tăng chất lượng và độ đồng đều về
chất lượng, đồng thời tạo điều kiện cải thiện môi trường làm việc của con người,
đặc biệt trong một số công việc có độ an toàn thấp, hoặc có tính độc hại cao…Việc
sử dụng các tay máy robot phục vụ trong công nghiệp đã rất ph biến từ nhiều năm
trư c trên thế gi i bởi chất lượng và năng suất đạt được. Nhưng khi b t đầu, việc sử
dụng còn hạn chế do giá thành và việc điều khiển. Ngày nay, v i s phát triển mạnh
mẽ của khoa học kỹ thuật, các hạn chế trên đã được phần nào kh c phục, và tay máy
robot đã thể hiện vai trò ngày càng l n. Trong tương lai, tay máy sẽ là những công
nhân chính trong các nhà máy, xí nghiệp, tránh cho con người khỏi môi trường làm
việc độc hại, nguy hiểm. Lượng robot công nghiệp bán ra hàng năm là khá l n, chủ
yếu từ các nư c: Nhật, Đức, Mỹ….
Ở nư c ta hiện nay, nhu cầu sử dụng robot đã b t đầu gia tăng khi các cơ sở
sản xuất đã đủ khả năng trang bị cho mình cơ sở vật chất hiện đại. Nhiều nơi đã sử
dụng robot thay cho sức lao động của con người, trong đó phần l n là các robot hàn
và l p ráp. Các viện và các trường đại học cũng có nhiều nghiên cứu thành công và
đủ khả năng chế tạo các tay máy phục vụ cho công nghiệp. Điều này đã cho thấy sẽ
xuất hiện một nền công nghiệp robot trong tương lai. Công nghệ hàn t động v i
robot đã được ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp ở các nư c công nghiệp
phát triển như Hoa Kỳ, Nhật Bản, CHLB Đức, Hàn Quốc,….và gần đây là các nư c
trong khu v c Đông Nam Á. Đặc biệt là trong ngành hàn robot được sử dụng rất
nhiều, để giải phóng sức lao động cho con người, tăng độ chính xác cũng như công
nghiệp hóa, hiện đại hóa trong ngành cơ khí thì việc nghiên cứu, ứng dụng cũng
như đưa robot hàn t vào sử dụng đáp ứng cho ngành này là một vấn đề rất cấp

thiết.

10


Bản thân tìm hiểu về lĩnh v c Robot hàn tôi đã được PGS.TS Trần Đức Trung và
PGS.TS Phan Bùi Khôi giao và hư ng dẫn tìm hiểu về Robot hàn v i đề tài “
Nghiên cứu phương pháp dẫn động robot hàn di động”
Sau nhiều tháng được s hư ng dẫn tận tình của PGS.TS Trần Đức Trung và
PGS.TS Phan Bùi Khôi cùng v i việc tham khảo một số tài liệu có liên quan, theo
yêu cầu đặt ra tôi đã hoàn thành bản luận văn được giao.
Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu, khó tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất
mong nhận được ý kiến góp ý của quý Thầy, quý Cô và bạn bè, đồng nghiệp.
Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Đức Trung và
PGS.TS Phan Bùi Khôi, quý Thầy, quý Cô trong Viện cơ khí, Viện đào tạo Sau
Đại Học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hư ng dẫn giúp đỡ tôi hoàn thành
luận văn này.
Hà Nội, ngày tháng năm 2014
T c giả

ĐẶNG VĂN ĐÔNG

11


Chư ng 1
CẤU TRÚC ROBOT HÀN DI ĐỘNG
1.1. Cấu trúc chung của ro ot hàn:

Hình 1.1: Robot đang th c hiện hàn

Về mặt truyền động và điều khiển, robot được cấu tạo từ các khối cấu trúc cơ
khí hoạt động nhờ các cơ cấu tác động. Các cơ cấu tác động này có thể hoạt động
phối hợp v i nhau để th c hiện những công việc phức tạp dư i s điều khiển của
một bộ phận có cấu tạo như máy tính, còn gọi là những bộ điều khiển PC. Các cơ
cấu tác động này có thể hoạt động nhờ các cơ cấu tác động.
Cấu tạo của Robot hàn được chế tạo khác nhau tùy theo tính năng cũng như nhà
sản xuất…..nhưng cơ bản chúng được xây d ng từ những thành phần cơ bản sau:
1. Robot hàn
2. Bộ điều khiển
3. Nguồn dẫn động (động cơ, hệ thống dẫn động…)
4. Súng hàn
5. Nguồn điện( máy hàn)
6. Bộ làm sạch súng hàn
7. Bộ cấp dây
8. Khung hàn và tay hàn

12


9. Bộ định tâm
10. Cảm biến
1.1.1. Robot hàn

Hình 1.2. Robot hàn
Đối v i robot hàn thì nó thường có cấu tạo mô phỏng theo những đặc điểm
cấu tạo cơ bản của cánh tay người. Cũng có thể hiểu tay máy là tập hợp các bộ phận
và cơ cấu cơ khí được thiết kế để hình thành các khối có chuyển động tương đối v i
nhau, được gọi là khâu động. Trong đó, phần liên kết giữa các khâu động được gọi
là kh p động hay còn gọi là các trục. Tay máy cũng bao gồm cả các cơ cấu tác động
là các phần tử th c s th c hiện các chuyển động để vận hành tay máy như Động cơ

điện, xy – lanh thủy l c, xy – lanh khí nén…Và phần quan trọng khác trên các tay
máy là bộ phận hay khâu tác động cuối (End – Effector) để thao tác trên đối tượng
làm việc, ở đây đối v i Robot hàn thì đó chính là que hàn.
Mỗi khâu động trên tay máy có nguồn dẫn động riêng, năng lượng và chuyển
động truyền đến cho chúng được điều khiển trên cơ sở tín hiệu nhận được từ bộ
phận phản hồi là các cảm biến nhằm thông báo trạng thái hoạt động của các khâu

13


chấp hành, trong đó thì vấn đề đặc biệt được quan tâm là vị trí và vận tốc dịch
chuyển của mỏ hàn (khâu cuối) nó quyết định chất lượng của mối hàn và là khâu
thể hiện kết quả t ng hợp các chuyển động của các khâu thành phần.
1.1.2. Bộ điều khiển

Hình 1.3: Bộ điều khiển robot
Bộ điều khiển robot thường cấu thành từ các bộ phận cơ bản tương t như
máy tính (Bộ điều khiển PC based) bao gồm bộ xử lý trung tâm, bộ nh và bộ
xuất/nhập kết hợp v i màn hình để hiển thị các lệnh khi lập trình và đồng thời theo
dõi s thay đ i tọa độ trong dịch chuyển của các khâu. Toàn bộ các phần nói trên
được bố trí bên trong tủ điều khiển chính và được s p xếp theo từng mô - đun gồm
các bo mạch điện tử. Bên cạnh đó, để lập trình một cách thuận tiện cho robot, các
nhà chế tạo thường bố trí một Pa-nen kết nối song song, còn gọi là bộ Teach
pendant, v i phím bấm để th c hiện các thao tác điều khiển tr c tiếp chuyển động
của các trục trên robot trong chế độ lập trình huấn luyện (teaching mode) và bên
trong là một bo mạch kết nối tr c tiếp v i bộ xuất/nhập. Đôi khi trong cấu hình của
bộ điều khiển còn được trang bị thêm một bộ điều khiển mô phỏng (simulator) có

14

kết nối v i mạch xuất/nhập tương t như Panen để hỗ trợ thêm cho công việc lập
trình.
1.1.3. Nguồn dẫn động
Nguồn dẫn động thường được l p bên cạnh tủ điều khiển. Trên các robot có
thể sử dụng đồng thời nhiều nguồn dẫn động như điện, thủy l c, khí nén. Tùy theo
dạng nguồn dẫn điện động được sử dụng trên robot mà cấu tạo phần nguồn cung
cấp có thể thay đ i rất đa dạng.
Nguồn dẫn động cũng là một đặc điểm quan trọng khác của robot, nguồn dẫn
động trong một chừng m c nào đó ảnh hưởng đến không gian làm việc của robot.
Ngoài việc thay đ i nguồn dẫn động (mà hiện nay được chế tạo theo từng cụm đặc
trưng) sẽ giúp nhanh chóng thay đ i kiểu, dạng của robot để phục vụ cho những yêu
cầu công việc khác nhau. Cụ thể hơn được phân ra:
+ Truyền động thủy lực
Tay máy là các xy-lanh thủy l c chuyển động thẳng và quay. Robot này được
sử dụng trong các ứng dụng có tải trọng l n.
+ Truyền động khí nén
Robot loại này thường được sử dụng trong các ứng dụng có tải trọng nhỏ có
tay máy là các xy-lanh khí nén th c hiện chuyển động thẳng và chuyển động quay.
Do khí nén là lưu chất nén nên Robot loại này thường sử dụng trong các thao tác
g p đặt không cần độ chính xác cao.
+ Truyền động điện cơ:
Trong đó phân ra làm:
Động cơ bư c
Động cơ DC
Động cơ AC
Nguồn điện cấp cho Robot thường là AC để điều khiển động cơ DC. Hệ thống
dùng nguồn AC cũng được chuyển đ i sang DC. Các động cơ sử dụng thường là

15

động cơ bư c, động cơ Servo, động cơ AC Servo. Robot loại này có thiết kế gọn,
chạy êm, định vị rất chính xác rất thích hợp để ứng dụng cho Robot sơn, hàn.
1.1.4. Súng hàn
Súng hàn dùng để đưa điện c c đến mối hàn, truyền dòng điện hàn vào điện
c c và tạo ra l p cách ly quanh mối hàn. Có nhiều kiểu súng hàn khác nhau, tùy
theo quá trình hàn, dòng hàn, kích thư c điện c c và chất cách ly.
Súng hàn có thể được làm nguội bằng nư c luân chuyển hoặc không khí. Quá
trình hàn dùng điện c c t tiêu như hàn hồ quang kim loại khí hoặc hàn hồ quang
lõi thuốc, có thể dùng hoặc không dùng khí cách ly. Các súng hàn có thể ở dạng
thẳng hoặc cong, súng hàn cong để tiếp cận mối hàn dễ dàng hơn.

Hình 1.4: Súng hàn
Chức năng chính của súng hàn là truyền dòng điện t i điện c c. Đối v i quá
trình hàn dùng điện c c t tiêu, dòng hàn được truyền t i điện c c khi nó chuyển
động qua súng. Chức năng thứ hai của súng hàn là cấp khí cách ly t i vùng hàn (nếu
có). Hàn hồ quang kim loại khí dùng khí hoạt tính như Cácbonđiôxít hoặc hỗn hợp
khí trơ, thường là Argon v i CO2 hoặc hêli.

16


1.1.5. Nguồn điện

Hình 1.5: Nguồn điện hàn
Nguồn hàn phải cung cấp dòng điện điều khiển được v i điện áp thích hợp cho
quá trình hàn. Thường là 10-35v và 5-100A.
Các máy hàn hồ quang t động cần nguồn điện phức tạp hơn hàn bán t động.
Máy hàn t động cần giao tiếp v i nguồn điện để điều khiển nguồn hàn nhằm mang

lại hiệu năng tối ưu. Có 3 loại nguồn hàn hồ quang:
- Nguồn công suất không đ i
- Nguồn áp không đ i
- Nguồn dòng không đ i
1.1.6. Bộ làm sạch súng hàn
Để làm việc chính xác và tin cậy, súng hàn hồ quang phải được làm sạch liên
tục. Chu kỳ làm việc cao độ của hàn t động nên quá trình làm sạch súng hàn cũng
phải được t động hóa. Chất tách vẩy hàn được phun vào mũi súng hàn. Ngoài ra,
bộ làm sạch còn có thể trà sát mũi súng hàn để loại bỏ vẩy hàn bám vào và c t dây
hàn. Hệ thống làm sạch phải được t động kích hoạt tại các thời điểm mà hệ điều
khiển yêu cầu.

17


Hình 1.6: Bộ làm sạch súng hàn
1.1.7. Bộ cấp dây
Bộ cấp dây dùng đề b sung kim loại điền đầy trong quá trình hàn t động.
Điều này cho phép linh hoạt trong việc thiết lập nhiều tốc độ cấp dây khác nhau để
phù hợp v i những yêu cầu cụ thể của từng dây chuyền. Bình thường, bộ cấp dây
được m c trên cánh tay robot, độc lập v i nguồn hàn. V i hàn t động, cần có một
giao diện điều khiển giữa bộ điều khiển robot, nguồn và bộ cấp dây. Hệ thống cấp
dây hàn phải phù hợp v i quá trình hàn và kiểu nguồn điện được sử dụng.

Hình 1.7: Bộ cấp dây hàn
Có hai kiểu cơ bản: Kiểu thứ nhất dùng cho hàn dùng dây điện c c t tiêu –
còn gọi là bộ cấp dây điện c c. Điện c c là một phần của mạch hàn, và kim loại
nóng chảy từ điện c c lấp đầy vào mối hàn. Có hai loại cấp dây điện c c khác nhau:
Nguồn công suất không đ i cần một bộ cấp dây cảm áp, trong đó tốc độ cấp dây

18


thay đ i liên tục, còn nguồn điện áp không đ i cần tốc độ cấp dây không đ i trong
suốt quá trình hàn.
Kiểu cấp dây thứ hai gọi là cấp dây nguội và được dùng cho hàn hồ quang
trong môi trường khí. Điện c c không phải là một phần của mạch hàn và kim loại
điền đầy lấy từ vật hàn.
1.1.8. Khung hàn, tay hàn

Hình 1.8: Khung hàn, tay hàn
Để định vị và giữ cố định vật hàn, nối các vật hàn, mỗi vật hàn phải được căn
chỉnh chính xác và giữa ch c ch n tại chỗ trong quá trình hàn. Một điều quan trọng
là cách thiết kế một khung giữ các vật hàn tại vị trí thích hợp. Bộ phận này phải
thao tác nhanh và dễ dàng, giữ ch c ch n các vật hàn cho t i khi chúng dính vào
nhau và phải cho phép súng hàn t do tiếp cận mối hàn. Bộ định vị có thể được thiết
kế giống như trong hàn bằng tay, hoặc chuyên biệt hơn để tăng tính linh hoạt và tầm
hoạt động của các hệ thống hàn t động. Độ chính xác cũng phải cao hơn.
Ngoài ra, các điều khiển định vị robot phải tương thích và tuân thủ theo bộ
điều khiển robot trung tâm để đạt được chuyển động phối hợp tức thì của nhiều trục
trong khi hàn. Tuy nhiên thao tác nâng hạ các bộ phận tĩnh của hệ thống robot rất
tốn thời gian và có thể phi th c tế. Sẽ hiệu quả hơn nếu có hai hay nhiều khung giữ
trên một bộ định vị vật hàn quay, mặc dù chi phí ban đầu cao hơn.

19


1.1.9. Bộ định tâm, cảm biến

Hình 1.9: Bộ định tâm, cảm biến

Để đảm bảo que hàn và khung hàn biết vị trí của nhau, cần phải liên tục hiệu
chỉnh trọng tâm của hệ thống. Quá trình này được th c hiện nhờ một thiết bị định
tâm t tính ra chính xác trọng tâm công cụ so v i vật hàn.
Đặc tính kỹ thuật của Robot hàn
Robot hàn là một thiết bị cơ điện tử điển hình do đó các đặc tính của nó bao
gồm nhiều thông số thuộc các chuyên môn khác nhau
Thông thường nhà sản xuất sẽ cung cấp các thông tin cơ bản trong Catalog
theo máy gồm:
- Hình dáng và kích thư c làm việc
- Kích thư c gói, khối lượng tĩnh
- Sơ đồ động học
- Bậc t do
- Tầm v i max, min
- Tải trọng danh nghĩa và l n nhất
- Độ chính xác, độ chính xác lặp lại
- Tốc độ di chuyển c c đại theo các phương của hệ quy chiếu cơ sở
- Gi i hạn chuyển động của từng kh p trên cánh tay

20


- Hiệu điện thế không tải
- Hệ điều hành
- Khả năng kết nối thiết bị ngoại vi
Đặc biệt đối v i Kỹ sư công nghệ hàn là người sử dụng robot cần quyết định
chế độ công nghệ gồm các thông tin sau để điều khiển máy
- Vh: Vận tốc hàn
- Kp: Hệ số đ p
- Ih: Cường độ dòng hàn
-  : Hệ số t n thất que hàn

- Fht: Lượng kim loại hòa tan tạo mặt c t ngang đường hàn
-  : Tỉ khối kim loại hàn
- Tốc độ chạy dây
- Vận tốc di chuyển mỏ hàn
- Lưu lượng khí bảo vệ
- Khoảng cách từ mỏ hàn đến bề mặt gia công
- Tư thế hàn

Hình 1.10: Robot hàn di động

21


Để có thể vừa hàn vừa di chuyển được thì người ta dùng robot hàn di động.
Không giống như Robot hàn cố định, robot hàn di động có thể di chuyển dọc theo
quỹ đạo đã được lập trình trư c.
Ưu điểm của robot hàn di động so v i robot hàn cố định đó là di chuyển để
hàn các mối hàn có chiều dài l n. Tuy nhiên khó khăn trong việc l p khít, đồng
tâm..chi tiết do dung sai trong chế tạo, chi tiết bị cong vênh, và các thiết kế cần l p
ghép theo chiều dài l n.
1.2. Kết cấu c

h của ro ot hàn i động

Hầu hết các robot hàn thường l a chọn cấu trúc chuỗi động học hở, các cơ cấu
điển hình của cấu trúc kiểu này có thể kể đến:
- Robot OTC DAIHEN Hàn quốc;
- Robot VR 006 CII Panasonic Nhật bản;
- Robot TA 1400 Panasonic Nhật bản;
- Robot Fanuc S900W.

Đặc điểm điển hình thứ hai của cấu trúc cơ khí của nhiều loại robot hàn là c
tay v i ba trục kh p quay cuối cùng tính từ bàn kẹp, có trục đồng quy tại một điểm.
Điều này tạo ra s thuận lợi cho việc định hư ng khâu tác động cuối là mỏ hàn khi
tiếp cận đối tượng để tao tác công nghệ.
Đặc điểm nỗi bật nữa của robot hàn là kh p c tay thường có gi i hạn cử động
l n, nhằm đáp ứng các chuyển động phức tạp khi thao tác, hệ số phục vụ l n là điều
kiện cần thiết để tiếp cận một điểm từ nhiều phía trong không gian. Điển hình như
robot VR006 CII Panasonic có thể th c hiện chuyển động roll c tay  4000 , bất
chấp s cản trở của cơ cấu cấp dây hàn gá trên khâu 6.
Trong luận văn khảo sát, nghiên cứu loại robot hàn di động có cấu tạo khá đơn
giản như hình vẽ:

22


Hình 1.11: Sơ đồ robot hàn
1: Khâu 1 ; 2: Khâu 2 ; 3: Khâu 3 ; 4: Khâu 4
Robot gồm khâu đế di chuyển trên thanh răng mang theo các khâu khác
chuyển động theo: Động cơ dẫn động làm trục quay làm cho bánh răng côn 1 quay,
bánh răng côn 1 ăn kh p v i bánh răng côn 2 (vì bánh răng côn 2 và bánh răng trụ
được l p đồng trục) cho nên sẽ làm cho bánh răng quay trên thanh răng dẫn. Cần
thiết kế thanh răng dẫn cố định. Bàn gá robot được thiết kế như hình 1.11, th c hiện
chuyển động dọc theo thanh răng nhờ bánh răng được dẫn động từ động cơ cấu chủ
động, bên cạnh đó để th c hiện chuyển động phụ cũng như để xác định được vị trí
của bàn gá so v i thanh răng dẫn ta thiết kế 4 bánh bánh răng.
Robot này được nghiên cứu ứng dụng cho việc hàn trong gia công chế tạo cơ
khí, cụ thể là hàn các liên kết như liên kết hàn giáp mối, liên kết hàn góc,…

23

1.3. C cấu d n động của robot hàn i động.
D a vào đặc điểm chuyển động trong quá trình làm việc của robot hàn di
động, ta đưa ra phân tích về cơ cấu dẫn động của robot như sau:
Khâu 1: Được dẫn động v i ray dẫn (đóng vai trò là khâu 0 của Robot) nhờ hệ
thống bánh xe định vị và dẫn hư ng, động cơ 1 th c hiện dẫn động thông qua trục
dẫn động t i hộp giảm tốc, từ đó sẽ dẫn động làm cho bánh răng côn chuyển động
quay ăn kh p v i bánh răng côn bị động g n trên trục, hai bánh răng trụ răng thẳng
chuyển động đồng tốc v i bánh răng côn bị động do được l p cứng v i nhau, vì
động cơ 1 được b t vít trên bàn gá nên ta có thể coi đây như một khâu cứng.

Hình 1.12: Khâu 1.
1: Động cơ khâu 1 và hộp số; 2:Động cơ khâu 2; 3: Bánh răng thẳng.
4: Bánh răng côn chủ động; 5: Bánh răng côn bị động; 6: Bánh xe ph .
7: Giá đỡ; 8: Ổ đỡ.

24


Toàn bộ Robot hàn di động được gá đặt trên giá đỡ được thiết kế dạng tấm,
trên bề mặt được gia công các lỗ để b t vít các chi tiết bộ phận của Robot lên đó.

Hình 1.13: Giá đỡ.
Khâu 2:

Hình 1.14 Khâu 2
1, 4: Tr c vít me ; 2:Động cơ khâu 3; 3: Giá đỡ khâu 3; 5,6: Ổ đỡ tr c.
Khâu 2 chuyển động tịnh tiến nhờ bộ truyền vít me-đai ốc, được dẫn động
bằng động cơ được g n cứng trên bàn gá khâu 1. Trục vít me 1 để truyền dẫn được
l p v i động cơ và được g n bạc chặn v i

đỡ trục. Các

đỡ trục cũng được gia

công các lỗ trên nó và sử dụng ốc vít để định vị vị trí. Các thanh dẫn hư ng chính là
cơ cấu th c hiện biến đ i chuyển động quay sang chuyển động tịnh tiến.
Khi động cơ của khâu 2 hoạt động sẽ truyền động cho trục vít làm trục vít
quay. Đai ốc được bố trí ăn kh p v i trục vít và được g n cố định trên khối chi tiết
được l p các thanh dẫn hư ng trên đó, nên khi trục vít quay sẽ dẫn động t i đai ốc,

25