Nghiên cứu, ứng dụng robot hàn điểm trong công nghệ hàn thân xe trên dây chuyền tự động
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.86 MB, 68 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
NGUYỄN DƯƠNG KHÁNH
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG ROBOT HÀN ĐIỂM TRONG CÔNG
NGHỆ HÀN THÂN XE TRÊN DÂY CHUYỀN TỰ ĐỘNG
Chuyên ngành :
Cơ điện tử
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CƠ ĐIỆN TỬ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS. Nguyễn Tiến Dương
Hà Nội – Năm 2011
LUẬN VĂN CAO HỌC
MỤC LỤC
MỤC LỤC............................................................................................................. 1
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. 3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................. 4
LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 5
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ ROBOT TRONG CÔNG
NGHỆ HÀN .......................................................................................................... 7
1.1 Sự ra đời và tình hình phát triển của robot công nghiệp. .......................... 7
1.2 Phân loại robot ............................................................................................... 8
1.2.1 Phân loại theo số bậc tự do của trường công tác ....................................... 8
1.2.2 Phân loại theo cấu trúc động học............................................................. 10
1.2.3 Phân loại theo hệ thống truyền động ....................................................... 13
1.2.4 Phân loại theo hệ thống năng lượng ........................................................ 14
1.2.5 Phân loại theo điều khiển......................................................................... 14
1.2.6 Phân loại theo các đặc điểm hoạt động.................................................... 15
1.2.7 Phân loại theo ứng dụng .......................................................................... 15
1.3 Ứng dụng và hướng phát triển của robot công nghiệp trong tự động hoá sản
xuất ....................................................................................................................... 16
1.4. Tổng quan về công nghệ và dây chuyền hàn vỏ xe ô tô. .............................. 19
1.4.1. Phân loại khung vỏ xe............................................................................ 19
1.4.2. Vai trò và sự phát triển của công nghệ hàn vỏ xe ô tô. .......................... 20
1.4.3. Một số quy trình công nghệ sản xuất và dây chuyền hàn hiện nay ........ 21
CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC ROBOT HÀN ĐIỂM TRONG
CÔNG NGHỆ HÀN THÂN XE TRÊN DÂY CHUYỀN TỰ ĐỘNG............ 30
2.1 Phân tích đặc điểm kết cấu cơ bản khung vỏ xe ............................................ 30
2.1.1. Kết cấu các phần cơ bản. ........................................................................ 30
2.1.2. Yêu cầu kỹ thuật của chất lượng vỏ xe................................................... 33
2.2 Phân tích và lựa chọn kết cấu Robot sử dụng trong dây chuyền hàn thân xe tự
động...................................................................................................................... 34
Nguyễn Dương Khánh
Trang 1
LUẬN VĂN CAO HỌC
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG
ROBOT ............................................................................................................... 36
3.1Tính toán động học thuận rô bốt Kuka: .......................................................... 36
3.2 Lập bảng thông số Denavit-Hartenberg (DH)................................................ 40
3.3 Bài toán động học thuận rô bốt Kuka ............................................................ 40
3.4 Giải bài toán động học ngược rô bốt Kuka bằng phương pháp tách cấu trúc 45
3.5 Mô phỏng hoạt động robot bằng phần mềm Easy Rob.................................. 48
3.5.1 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng Easy Rob......................................... 48
3.5.2 Xây dựng mô hình và lập trình mô phỏng hoạt động robot Kuka .......... 65
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 67
Nguyễn Dương Khánh
Trang 2
LUẬN VĂN CAO HỌC
LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Dương Khánh.
Sinh ngày 24 tháng 02 năm 1986.
Học viên cao học: Chuyên ngành: Cơ Điện Tử. Khoá 2009-2011 Trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội.
Tôi xin cam đoan:
Đề tài: “Nghiên cứu, ứng dụng robot hàn điểm trong công nghệ hàn thân xe
trên dây chuyền tự động’’ do TS. Nguyễn Tiến Dương hướng dẫn là công trình
nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ
rõ ràng.
Nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, ngày 27 tháng 09 năm 2011
Tác giả
Nguyễn Dương Khánh
Nguyễn Dương Khánh
Trang 3
LUẬN VĂN CAO HỌC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Các hình thức chuyển động cơ bản ......................................................... 9
Hình 1.2 Tay máy kiểu tọa độ Đề-Các................................................................. 11
Hình 1.3 Tay máy kiểu tọa độ trụ ........................................................................ 11
Hình 1.4 Tay máy kiểu tọa độ cầu ...................................................................... 11
Hình 1.5 Tay máy kiểu SCARA .......................................................................... 11
Hình 1.6 Tay máy kiểu tay người ........................................................................ 11
Hình 1.7 Robot song song.................................................................................... 11
Hình 1.8 Robot di chuyển .................................................................................... 13
Hình 1.9 Robot Asimo của Honda-Nhật .............................................................. 13
Hình 1.10 Một số loại robot được ứng dụng trong thực tế .................................. 16
Hình 1.11 Xưởng dập tại nhà máy Toyota VN .................................................... 24
Hình 1.12 Xưởng hàn tại nhà máy Toyota VN .................................................... 25
Hình 1.13 Xưởng sơn tại nhà máy Toyota VN .................................................... 26
Hình 1.14 Công đoạn lắp ráp ô tô tại Toyota VN ................................................ 26
Hình 1.15 Dây chuyên hàn vỏ xe tại nhà máy Ford Việt Nam ............................ 28
Hình 2.1 Phần gầm thân xe .................................................................................. 31
Hình 2.3 Phần sườn phải ........................................................................................ 1
Hình 2.2 Phần sườn trái.......................................................................................... 1
Hình 2.4 Phần đầu .................................................................................................. 1
Hình 2.5 Phần trần.................................................................................................. 1
Hình 2.6 Mô hình động học robot hàn điểm hàn thân xe..................................... 35
Hình 3.1 Sơ đồ đặt tọa độ rô bốt KUKA.............................................................. 36
Hình 3.2 Biểu diễn các khớp quay rô bốt KUKA ................................................ 37
Hình 3.3 Hình chiếu đứng giới hạn chuyển động của rô bốt KUKA KR6.......... 38
Hình 3.4 Hình chiếu bằng giới hạn chuyển động của rô bốt KUKA KR6 .......... 39
Hình 3.5 Sơ đồ điểm đặt các khâu robot .............................................................. 46
Hình 3.6: Lưu đồ giải thuật của EASY ROB....................................................... 51
Hình 3.7 Mô hình robot Kuka mô phỏng............................................................. 65
Nguyễn Dương Khánh
Trang 4
LUẬN VĂN CAO HỌC
LỜI MỞ ĐẦU
Trong giai đoạn hội nhập hiện nay, nền Công nghiệp ô tô Việt Nam đang đứng
trước những khó khăn, thách thức to lớn, trái lại, đây cũng là cơ hội cho công
nghiệp ô tô Việt Nam phát triển và tiếp cận công nghệ sản xuất ô tô tiên tiến trên
thế giới. Hiện nay, trên thế giới có hàng trăm hãng ô tô nổi tiếng với các thương
hiệu đã được khẳng định. Đối với Việt Nam, hiện tại chúng ta đang dần tiếp cận
công nghệ sản xuất ô tô hiện đại, nên việc tìm tòi, nghiên cứu và phát triển công
nghệ sản xuất ô tô trong nước là một hướng đi đúng, cần được khuyến khích phát
triển.
Mục tiêu ứng dụng của robot công nghiệp nhằm góp phần nâng cao năng suất
dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh
tranh của sảm phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động. Ngoài ra robot còn
được ứng dụng làm thay con người trong những môi trường đặc biệt như trong
môi trường có bụi bẩn, ẩm ướt, nóng nực, ồn ào và độc hại quá mức cho phép.
Ngành công nghệ hàn là một trong số những ngành có mức độc hại cao, ảnh
hưởng trực tiếp đến sức khỏe của người lao động. Do vậy, việc ứng dụng robot
vào các công việc hàn sẽ làm giảm bớt các ảnh hưởng không tốt tới người lao
động cũng như nâng cao độ chính xác, năng suất lao động và chất lượng sản
phẩm khi xuất xưởng. Ngành công nghệ ô tô ở nước ta đang dần từng bước áp
dụng các thành tựu công nghệ vào sản xuất để theo kịp các nước tiên tiến khác
trên thế giới.
Để góp phần vào công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, đề tài luận
văn tốt nghiệp “Nghiên cứu, ứng dụng robot hàn điểm trong công nghệ hàn
thân xe trên dây chuyền tự động” của tôi dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy
hướng dẫn TS. Nguyễn Tiến Dương hy vọng sẽ gợi mở hướng ứng dụng robot
vào trong ngành công nghệ ô tô mới mẻ của đất nước.
Luận văn gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về robot và robot trong công nghệ hàn. Chương này tôi
giới thiệu về các loại robot và các hướng ứng dụng của robot trong ngành công
nghệ hàn ở Việt Nam.
Nguyễn Dương Khánh
Trang 5
LUẬN VĂN CAO HỌC
Chương 2: Nghiên cứu cấu trúc robot hàn điểm trong công nghệ hàn thân xe trên
dây chuyền tự động. Chương này tập trung nghiên cứu, đưa ra cấu trúc cho robot
hàn điểm ứng dụng trong công nghệ hàn thân xe trên dây chuyền tự động.
Chương 3: Tính toán động học, mô phỏng hoạt động robot. Chương này tập trung
tính toán động học robot và mô phỏng hoạt động của robot nhờ phần mềm mô
phỏng robot.
Để đạt được kết quả như hôm nay, tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng
dẫn TS. Nguyễn Tiến Dương trong quá trình thực hiện luận văn này.
Trong quá trình thực hiện luận văn, do thời gian và trình độ còn hạn chế nên
không tránh khỏi những sai sót, rất mong được các thầy cô và các bạn quan tâm
đóng góp ý kiến để đề tài được hoàn thiện hơn.
Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 27 tháng 9 năm 2011
Học viên
Nguyễn Dương Khánh
Nguyễn Dương Khánh
Trang 6
LUẬN VĂN CAO HỌC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ ROBOT TRONG CÔNG
NGHỆ HÀN
1.1 Sự ra đời và tình hình phát triển của robot công nghiệp.
Ngày nay trong sản xuất việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm là hết
sức quan trọng, giải pháp cho vấn đề này là ứng dụng rộng rãi các phương tiện tự
động hoá trong các quá trình sản xuất. Trên thế giới nói chung và các nước phát
triển nói riêng đã xuất hiện xu hướng tạo ra những dây truyền và thiết bị tự động
có tính linh hoạt cao và hiện nay xu hướng này đã đạt được khá nhiều kết quả
khả quan. Chính vì thế mà nhu cầu ứng dụng robot để tạo ra các hệ thống sản
xuất tự động linh hoạt ngày càng trở lên cấp thiết.
Năm 1921, nhờ sự trình diễn của nghệ sĩ Tiệp Khắc với con rối “Robota” có tên
gọi lực sĩ (Force man) đã giúp cho các nhà kỹ thuật có ý tưởng sáng tạo ra cơ cấu
máy móc bắt chước thao tác lao động cơ bắp của con người. Chính từ đó, vào
khoảng năm 1940, mẫu robot đầu tiên (Master-Slave Manipulators) ra
đời tại phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge và Argonne của Mỹ, để vận
chuyển các hoạt chất phóng xạ và vào năm 1961, Mỹ đã cho ra thị trường
một loại máy tự động vạn năng mới được gọi là người máy công nghiệp có tên
UNIMAT. Từ đây công nghệ chế tạo robot bắt đầu phát triển mạnh, chúng được
ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống. Tuy nhiên, các robot xuất
hiện và được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp. Lớp robot này có đặc điểm
riêng về kết cấu, chức năng, đã được thống nhất hoá, thương mại hoá rộng rãi.
Chúng được gọi là Robot công nghiệp (Industrial Robot - IR).
Thuật ngữ “robot công nghiệp” cũng có nhiều quan điểm khác nhau. Định nghĩa
sau đây do Viện nghiên cứu robot của Mỹ đề xuất được sử dụng rộng rãi:
“Robot công nghiệp là tay máy vạn năng, hoạt động theo chương trình và có thể
lập trình lại để hoàn thành và nâng cao hiệu quả hoàn thành các nhiệm vụ khác
nhau trong công nghiệp, như vận chuyển nguyên vật liệu, chi tiết, dụng cụ hoặc
các thiết bị chuyên dùng khác”.
Nguyễn Dương Khánh
Trang 7
LUẬN VĂN CAO HỌC
Hay robot công nghiệp được định nghĩa trong ΓΟCT 25686-85 như sau:
“Robot công nghiệp là máy tự động được đặt cố định hay di động, bao gồm thiết
bị thừa hành dạng tay máy có một số bậc tự do hoạt động và thiết bị điều khiển
theo chương trình, có thể tái lập trình để hoàn thành các chức năng vận động và
điều khiển trong quá trình sản xuất”.
Theo thời gian, robot ngày càng được phát triển mạnh mẽ, hiện đại về công nghệ
và tinh xảo về chức năng làm việc. Nhờ vậy robot công nghiệp đã có vị trí quan
trọng trong các dây chuyền tự động sản xuất hiện đại.
Một số Robot công nghiệp đã trở lên nổi tiếng như Puma của công ty Unimat.
Còn ở Nhật Bản có Fanuc của công ty Fanuc hay Scare của công ty Sekio-Seiki.
Ở Đức có Famulus của công ty KuKa ...
1.2 Phân loại robot
1.2.1 Phân loại theo số bậc tự do của trường công tác
Robot có hai hình thức chuyển động cơ bản làm chuẩn:
Chuyển động thẳng theo các trục x, y, z trong không gian toạ độ Đề-các với các
khớp lăng trụ hay còn gọi là các khớp trượt, ký hiệu là P.
Chuyển động quay quanh các trục x, y, z, ký hiệu là R.
Tuỳ thuộc vào số bậc tự do và cách tổ hợp P-R, robot sẽ hoạt động trong các
trường công tác với các hình khối khác nhau.
Ví dụ:
• PPP: khối hộp (cartesian).
• RPP: khối trụ (cylindrical).
• RRP: khối cầu (Spherical).
Nguyễn Dương Khánh
Trang 8
LUẬN VĂN CAO HỌC
• RRR: khối cầu (Revolute).
RRR
RRP
PPR
RPP
PPP
Hình 1.1 Các hình thức chuyển động cơ bản
Robot linh hoạt có 6 bậc tự do, robot dư số bậc tự do lớn hơn 6, và robot có ít
hơn 6 bậc tự do.
Robot cần phải thao tác ngày càng khéo léo, tinh vi trong trường công tác của nó.
Số bậc tự do của robot là không hạn chế. Tuy nhiên khi số bậc tự do tăng lên sẽ
kéo theo nhiều vấn đề kỹ thuật và kinh tế phải giải quyết. Do đó việc chọn số bậc
tự do và phương án tổ hợp đề thiết lập không gian làm việc (trường công tác) của
robot phải đảm bảo tính hợp lý và tính tối ưu với những tính năng kỹ thuật xác
định của robot.
Nguyễn Dương Khánh
Trang 9
LUẬN VĂN CAO HỌC
1.2.2 Phân loại theo cấu trúc động học
Một robot được gọi là robot tuần tự hay robot chuỗi hở nếu cấu trúc động học
của nó có dạng một chuỗi hở, gọi là robot song song nếu cấu trúc động học của
chúng là một chuỗi đóng, và gọi là robot hỗn hợp nếu nó bao gồm cả hai loại
chuỗi hở và chuỗi đóng.
a, Robot chuỗi (Serial manipulators)
Đây là dạng phổ biến nhất của robot công nghiệp, nó có thể có dạng chuỗi hở hay
chuỗi hở có vòng kín. Tuỳ theo số lượng và cách bố trí các khớp (thường là khớp
trụ và khớp quay) mà có thể tạo ra tay máy kiểu tọa độ đề các, tọa độ trụ, tọa độ
cầu, SCARA và kiểu tay người (Anthropomorphic).
- Tay máy kiểu tọa độ Đề-Các
- Tay máy kiểu tọa độ trụ
- Tay máy kiểu tọa độ cầu
- Tay máy kiểu người
Nguyễn Dương Khánh
Trang 10
LUẬN VĂN CAO HỌC
Hình 1.2 Tay máy kiểu tọa độ Đề-Các
Hình 1.3 Tay máy kiểu tọa độ trụ
Hình 1.4 Tay máy kiểu tọa độ cầu
Hình 1.5 Tay máy kiểu SCARA
Hình 1.6 Tay máy kiểu tay người
Hình 1.7 Robot song song
b, Robot song song (Parallel manipulators)
Loại robot song song điển hình thường có bàn di chuyển được nối với giá cố định
bằng một số nhánh hay chân (Limb or Leg). Do vậy các khâu chỉ chịu lực kéo
hay lực nén, không có chịu uốn. Thường số chân chính bằng số bậc tự do và các
chân được điều kiển bởi một nguồn phát động đặt trên giá cố định hoặc ngay trên
thân của chân.
Nguyễn Dương Khánh
Trang 11
LUẬN VĂN CAO HỌC
Robot song song có các ưu điểm:
- Khả năng chịu tải lớn vì tải trọng được chia cho các chân của robot nên tính ì
thấp.
- Tốc độ cao hơn, độ chính xác vị trí cao hơn, cấu trúc nhẹ hơn và giới hạn về
không gian làm việc do có kích thước truyền qua ít khâu trung gian hơn. Độ trễ thấp
hơn vì các khâu trung gian ít hơn so với các robot chuỗi. Bộ tay máy nhỏ đặt trên giá
của khâu cuối cùng lớn nhưng chậm hơn so với tay máy chuỗi.
- Do có tốc độ cao và chính xác cao nên có thể hoạt động như một máy phay.
Đây là một ứng dụng rất mới về robot vì nó kết hợp nguyên lý điều kiển robot với
nguyên lý cắt gọt kinh điển vào trong quá trình công nghệ, một điều mà từ trước tới
nay robot chưa hề có.
- Từ các robot song song có thể xây dựng nên nhiều ứng dụng, như các mô
phỏng ghế lái máy bay (Stewart, 1965), bàn khung lắp ráp (Reinholtz và Gokhale,
1987), bàn điều kiển dao hay bàn gá vật trên máy phay (Arai và đồng sự, 1991), các
thiết bị định điểm (Gosselin và Hamel, 1994), và các máy chuyển động có chân bước
(Waldron, 1984). Thời gian gần đây, robot song song đã được phát triển mạnh, ứng
dụng trong các trung tâm gia công nhiều bậc tự do, tốc độ cao và độ chính xác cao.
Hầu hết các robot song song sáu bậc tự do cho đến nay đều có sáu chân. Nhưng
nó cũng có nhược điểm vì gặp phải một số trở ngại như không gian làm việc nhỏ,
các chân có thể va chạm lẫn nhau và việc thiết kế rất khó khăn. Hơn nữa, bài toán
động học thuận là một vấn đề khó giải. Có lẽ, các robot song song sáu chân, sáu
bậc tự do với cấu trúc động học đóng được công bố trên các tài liệu nghiên cứu
mới chỉ là những dạng đặc biệt của robot Stewart-Ghough Platform tổng quát.
Trong những dạng đặc biệt này, các thành phần của khớp cầu đồng tâm vẫn còn
tương đối khó khăn trong việc chế tạo.
Nguyễn Dương Khánh
Trang 12
LUẬN VĂN CAO HỌC
c, Robot di chuyển (Mobile Robot)
Robot này hiện nay được dùng trong chuyên chở
vật liệu trong nhà máy rộng, trong các bệnh
viện, văn phòng cần chuyển giấy tờ,…
d, Robot có dạng hình người (Humanoid
Robot)
Nói một cách đơn giản, một robot dạng này nếu
Hình 1.8 Robot di chuyển
nó có dạng hình người. Nó có hai chân, hai tay,
một đầu và dùng chúng trong các hoạt động như
con người: dùng chân để đi, tay để cầm nắm,
đầu để nhìn và nghe,…
Gần đây robot loại này càng được chế tạo giống
con người cả về hình thức và khẳ năng. Tuy
nhiên không một máy móc nào có thể bằng với
sự thông minh của con người. Ngày nay một số
công ty Nhật đã cho ra đời một số loại robot có
thể nói nhiều ngôn ngữ, biết hát và làm một số
Hình 1.9 Robot Asimo của
công việc giống con người. Robot loại này có Honda-Nhật
cấu trúc và điều khiển phức tạp nhất.
1.2.3 Phân loại theo hệ thống truyền động
a, Hệ truyền động gián tiếp
Các cơ cấu chấp hành nối với nguồn động lực thông qua các bộ truyền, các kết
cấu truyền động cơ khí thường gặp trong thực tế như hệ bánh răng thường, hệ
bánh răng hành tinh, hệ bánh răng sóng, bộ truyền đai, bộ truyền xích, hay là bộ
truyền vít me - đai ốc bi… Nhược điểm của hệ này là bị mòn, tạo khe hở động
học dẫn đến tính phi tuyến và hiệu ứng trễ ngày càng cao hơn. Mặt khác hiệu
suất truyền động sẽ giảm do tiêu hao công suất trên bộ truyền.
b, Hệ truyền động trực tiếp
Nguyễn Dương Khánh
Trang 13
LUẬN VĂN CAO HỌC
Các cơ cấu chấp hành được nối trực tiếp với nguồn động lực, do đó kết cấu sẽ
gọn nhẹ và hạn chế, loại bỏ được các nhược điểm của truyền động gián tiếp. Mặt
khác, những khó khăn đặt ra là cần thiết kế và chế tạo các động cơ có số vòng
quay thích hợp và cho phép điều kiển vô cấp trên một dải rộng. Đối với động cơ
bước, cần tiếp tục nâng cao công suất bằng các giải pháp khác nhau để thích hợp
với yêu cầu hoạt động của các cơ cấu chấp hành.
1.2.4 Phân loại theo hệ thống năng lượng
- Hệ năng lượng điện: thường dùng động cơ một chiều hay động cơ bước.
Đặc tính của hệ năng lượng này là hoạt động chính xác tin cậy, đạt công suất khá,
có tính tuyến tính cao, dễ điều khiển. Hệ năng lượng điện cũng đảm bảo được vệ
sinh môi trường, kết cấu gọn, dẫn truyền năng lượng đơn giản.
- Hệ năng lượng thủy lực – khí nén: với hệ thuỷ lực – khí nén có thể đạt tới
công suất cao, đáp ứng với những điều kiện làm việc nặng. Tuy nhiên hệ thống
thuỷ lực thường cồng kềnh do kết cấu bể dầu van lọc, hệ thống dẫn ngược… Hệ
khí nén có kết cấu gọn nhẹ hơn do không cần dẫn ngược nhưng lại phải gắn liền
với một trung tâm tạo ra khí nén. Hệ này làm việc với công suất trung bình và
nhỏ, kém chính xác thường chỉ thích hợp với các robot hoạt động theo chương
trình định sẵn với các thao tác đơn giản.
1.2.5 Phân loại theo điều khiển
Có 2 kiểu điều khiển robot: điều khiển hở và điều khiển kín.
Điều khiển hở, dùng truyền động bước (động cơ điện hoặc động cơ thủy lực, khí
nén,...) mà quãng đường hoặc góc dịch chuyển tỷ lệ với số xung điều khiển. Kiểu
điều khiển này đơn giản, nhưng đạt độ chính xác thấp.
Điều khiển kín (điều khiển servo), sử dụng tín hiệu phản hồi vị trí để tăng độ
chính xác điều khiển. Có 2 kiểu điều khiển servo: điều khiển điểm - điểm và điều
khiển theo đường (contour).
Nguyễn Dương Khánh
Trang 14
LUẬN VĂN CAO HỌC
Với kiểu điều khiển điểm - điểm, phần công tác dịch chuyển từ điểm này đến
điểm kia theo đường thẳng với tốc độ cao (không làm việc). Nó chỉ làm việc tại
các điểm dừng. Kiểu điều khiển này được dùng trên các robot hàn điểm, vận
chuyển, tán đinh, bắn đinh,...
Điều khiển contour đảm bảo cho phần công tác dịch chuyển theo quỹ đạo bất kỳ,
với tốc độ có thể điều khiển được. Có thể gặp kiểu điều khiển này trên các robot
hàn hồ quang, phun sơn.
1.2.6 Phân loại theo các đặc điểm hoạt động
Các robot cũng có thể phân loại theo các hoạt động tự nhiên của chúng. Một cơ
cấu gọi là cơ cấu phẳng nếu tất cả các khâu của nó chuyển động trong một mặt
phẳng hay trong các mặt phẳng song song với nhau. Cơ cấu phẳng chỉ dùng các
khớp thấp gọi là liên kết phẳng đó là khớp quay và khớp tịnh tiến. Các robot
phẳng rất hữu dụng cho việc cầm nắm các đối tượng trên một mặt phẳng. Một cơ
cấu mà có các khâu chuyển động trong các mặt bất kì trong đó có ít nhất hai mặt
cắt nhau là cơ cấu không gian. Các cơ cấu này có độ linh hoạt cao và thường sử
dụng trong robot công nghiệp.
1.2.7 Phân loại theo ứng dụng
Robot leo cầu thang (General Electric -
Robot song song dùng trong y tế
USA)
Nguyễn Dương Khánh
Trang 15
LUẬN VĂN CAO HỌC
Robot chân nhện (Mech. Laboratory-
RB làm việc dưới nước (OCA)
Japan)
Robot hàn
Robot trong dây truyền lắp ráp ô tô
Hình 1.10 Một số loại robot được ứng dụng trong thực tế
Ngoài ra, người ta cũng có thể phân loại robot theo phương pháp lập trình, theo
cấp độ thông minh...
1.3 Ứng dụng và hướng phát triển của robot công nghiệp trong tự động hoá
sản xuất
Xuất phát từ mục tiêu là góp phần nâng cao năng suất dây truyền công nghệ,
giảm giá thành, nâng cao chất lượng và cạnh tranh của sản phẩm đồng thời cải
thiện điều kiện lao động, việc ứng dụng công nghệ robot vào sản xuất là hết sức
cần thiết.
Robot có những đặc điểm nổi trội đó là:
Có thể thực hiện công việc một cách bền bỉ, không biết mệt mỏi nên chất lượng
sản phẩm được giữ ổn định. Giá thành sản phẩm hạ do giảm được chi phí cho
người lao động. Ở nhiều doanh nghiệp nước ta, khoản chi phí về lương bổng
Nguyễn Dương Khánh
Trang 16
LUẬN VĂN CAO HỌC
cũng chiếm tỷ lệ khá cao trong giá thành sản phẩm, càng cần phải ứng dụng công
nghệ robot vào dây truyền sản xuất.
Nhất là ở nhiều nơi hiện nay cũng cần ứng dụng công nghệ robot để cải thiện
điều kiện lao động vì thực trong thực tế sản xuất người lao động phải làm việc
suốt buổi trong môi trường bụi bặm, ẩm ướt, ồn ào... quá mức cho phép nhiều
lần. Thậm chí phải làm việc trong môi trường độc hại, nguy hiểm đến sức khoẻ
con người.
Mặt khác, khi áp dụng công nghệ robot vào sản xuất ta cũng cần phải lưu ý phân
tích kỹ toàn bộ hệ thống sản xuất sao cho phù hợp với các nguyên công và phù
hợp với tình hình sản xuất của nhà máy. Cần xét đến đầy đủ các chi phí phụ và
hiệu quả mang lại cho toàn bộ hệ thống. Khi xác định đưa robot vào hệ thống sản
xuất thì cũng cần phải xem xét khả năng liệu robot có thay thế được hay không
và có hiệu quả hơn không. Vì trong thực tế sản xuất cho thấy xu hướng thay thế
hoàn toàn bằng robot nhiều khi không hiệu quả bằng việc giữ lại một số công
đoạn mà cần phải có sự khéo léo của con người.
Kỹ thuật robot có ưu điểm quan trọng nhất là tạo nên khả năng linh hoạt hoá sản
xuất. Mà trong đó kĩ thuật robot công nghiệp và máy vi tính đã đóng vai trò quan
trọng trong việc tạo ra các dây truyền tự động linh hoạt. Vì vậy trong những năm
gần đây không những chỉ là các nhà khoa học mà cả các nhà sản xuất đã tập
chung sự chú ý vào việc hình thành và áp dụng vào các hệ sản xuất linh hoạt.
So với lúc mới ra đời, ngày nay công nghệ robot đã có những bước phát triển
vượt bậc. Đặc biệt là vào những năm 60 của thế kỉ trước, với sự góp mặt của máy
tính. Ở giai đoạn đầu người ta rất quan tâm đến việc tạo ra những cơ cấu tay máy
nhiều bậc tự do, được trang bị cảm biến để thực hiện những công việc phức tạp.
Ngày càng có những cải tiến quan trọng trong kết cấu các bộ phận chấp hành,
tăng độ tin cậy của các bộ phận điều khiển, tăng mức thuận tiện và dễ dàng khi
lập trình. Tăng cường khả năng nhận biết và xử lý tín hiệu từ môi trường làm
việc để mở rộng phạm vi ứng dụng cho robot.
Trong tương lai số lượng lao động được thay thế ngày càng nhiều vì một mặt giá
thành robot ngày càng giảm do mặt hàng vi điện tử liên tục giảm đồng thời chất
Nguyễn Dương Khánh
Trang 17
LUẬN VĂN CAO HỌC
lượng liên tục tăng. Mặt khác chi phí về lương và các khoản phụ cấp cho người
lao động ngày càng tăng. Robot ngày càng vạn năng hơn để có thể làm được
nhiều việc trên dây truyền.
Công đoạn lắp ráp thường chiếm tỷ cao so với tổng thời gian sản xuất trên toàn
bộ dây truyền. Công việc lại đòi hỏi phải cẩn thận nhẹ nhàng tinh tế và chính xác.
Nên nếu là công nhân thì cần phải thợ có tay nghề cao và làm việc đơn điệu, căng
thẳng. Robot đã có nhiều trên các công đoạn lắp ráp phức tạp do được thừa
hưởng kĩ thuật cảm biến, kĩ thuật tin học với những ngôn ngữ bậc cao. Robot tự
hành cũng sẽ phát triển mạnh trong tương lai, có thể đi được bằng hai chân để
thích hợp với mọi địa hình ví dụ như có thể tự leo bậc thang... Việc tạo ra các cơ
cấu chấp hành cơ khí vừa bền vững, vừa nhẹ nhàng và linh hoạt như chân người
là đối tượng nghiên cứu chủ yếu.
Kỹ thuật robot cũng từng bước áp dụng các kết quả nghiên cứu về trí khôn nhân
tạo và đưa vào ứng dụng trong công nghiệp. Cải tiến và bổ xung các modul cảm
biến và các modul phần mềm phù hợp có thể cải tiến và thông minh hoá nhiều
loại robot. Điều quan trọng là các cơ cấu chấp hành của robot phải hoạt động
chính xác.
Như ta đã biết Robot công nghiệp được sử dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác
nhau, trong đó có ngành hàn, hiện nay số lượng Robot hàn chiếm đến 25% tổng
số Robot các loại. Trong ngành công nghiệp sản xuất thì hàn đóng vai trò quan
trọng, ví dụ như ngành công nghiệp ôtô, đóng tàu,....Vì vậy số lượng Robot hàn
được thay thế các phương pháp hàn khác rất nhiều, sở dĩ có được điều này là do
tính năng vượt trội khi hàn bằng Robot như sau:
+ Có tính tự động cao và năng suất cao
+ Có thể thực hiện được các đường hàn phức tạp
+ Chất lượng mối hàn tốt và tính thẩm mỹ cao
+ Có thể thực hiện các thao tác lặp đi, lặp lại liên tục
+ Giải phóng người lao động khỏi tác động có hại khi hàn.
Nguyễn Dương Khánh
Trang 18
LUẬN VĂN CAO HỌC
1.4. Tổng quan về công nghệ và dây chuyền hàn vỏ xe ô tô.
Khung vỏ là một phần rất quan trọng của ô tô, nó thể hiện giá trị, kiểu dáng, độ
an toàn cho người điều khiển, tính chất khí động học của ô tô… Đây là cơ sở đầu
tiên để đánh giá sơ bộ một chiếc ô tô của bất kỳ một quốc gia nào sản xuất, nhất
là trong thời kỳ hiện nay, thị hiếu người tiêu dùng luôn luôn thay đổi theo các
kiểu dáng và mẫu mã. Về mặt kỹ thuật, khung vỏ ô tô còn thể hiện công nghệ của
nhà sản xuất, khả năng thân thiện với môi trường, an toàn cho người sử dụng.
1.4.1. Phân loại khung vỏ xe.
Theo mục đích sử dụng và theo hình dạng người ta phân ra thành:
Xe tải : Các loại xe vân chuyển hàng hoá có tải trọng nhỏ, vừa, lớn, xe
siêu trường, xe siêu trọng…
Xe con : là loại xe du lịch, vận chuyển hành khách có số chỗ ngồi <9.
Xe khách : là loại xe vận chuyển hành khách có số chỗ ngồi ≥ 9.
Xe chuyên dùng : Là các loại xe được thiết kế cho một mục đích nào đó
như xe chở rác, xe chở chất lỏng…
Theo mối quan hệ chịu lực giữa khung và vỏ ô tô được phân thành các loại như
sau:
+ Vỏ xe không chịu tải :
Là loại vỏ xe mà toàn bộ tự trọng của xe như: Động cơ, ly hợp, hộp số,
người lái, hàng hoá, lực tác dụng, khung xe… đều do khung chịu tải, vỏ chỉ dùng
để che mưa che nắng.
Nhược điểm : Tăng tự trọng của xe lên, tốn nhiên liệu, nên ngày nay ta chỉ thấy
chúng được áp dụng ở xe tải.
+ Vỏ xe bán tải :
Có sự kết hợp giữa vỏ và khung, vỏ và khung kết hợp chịu tải trọng và lực
trong quá trình hoạt động. Vì vậy loại này thường được áp dụng ở khung vỏ của
xe khách .
Nguyễn Dương Khánh
Trang 19
LUẬN VĂN CAO HỌC
+ Vỏ xe chịu tải hoàn toàn :
Đối với vỏ xe này vừa chịu tự trọng, tải trọng và toàn bộ lực tác dụng lên
xe trong quá trình hoạt động. Loại này có ưu điểm là rất cứng vững, tự trọng
giảm đi đáng kể.
Nhược điểm: Khả năng thay đổi hình dạng và mẫu mã gặp nhiều khó
khăn trong quá trình thiết kế khuôn dập.
Với kết cấu vỏ chịu lực có ưu điểm là giảm được khối lượng tự trọng bản thân
của khung vỏ, có độ cứng vững cao, tuy nhiên chúng được hàn lắp ráp từ rất
nhiều các phần chi tiết nhỏ với nhau, số lượng chi tiết lớn nên chỉ áp dụng trên
các loại xe con, xe du lịch, xe minibus từ 7- 16 chỗ ngồi.
1.4.2. Vai trò và sự phát triển của công nghệ hàn vỏ xe ô tô.
Ngành công nghiệp ô tô hiện đại ngày nay nói chung đã gắn kết với hầu hết các
ngành công nghiệp khác như: công nghệ hàn, điện, điện tử viễn thông, công nghệ
thông tin,… trên chiếc xe ô tô. Công nghệ khung vỏ ô tô nói riêng, ngày nay
không thể tách rời khỏi công nghệ hàn, đặc biệt là công nghệ hàn điểm đã được
sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp ô tô.
Quy trình công nghệ chung của dây chuyền hàn:
Nguyễn Dương Khánh
Trang 20
LUẬN VĂN CAO HỌC
DÂY CHUYỀN DẬP
Gá sườn
Gá sườn
trái
phải
Gá gầm
Gá đầu
Gá trần
Gá hàn tổng hợp
Hàn bổ xung
Hoàn chỉnh
DÂY CHUYỀN SƠN
1.4.3. Một số quy trình công nghệ sản xuất và dây chuyền hàn hiện nay
Sơ đồ bố trí chung của một số nhà máy sản xuất và lắp ráp ô tô tại Việt Nam:
Nguyễn Dương Khánh
Trang 21
LUẬN VĂN CAO HỌC
Dây chuyền dập
Dây chuyền hàn
Dây chuyền sơn
Dây chuyền lắp ráp
Dây chuyền kiểm tra chất
lượng
Xuất xưởng
Với 11 liên doanh ô tô và 4 doanh nghiệp lớn sản xuất ô tô tại Việt Nam, mà đa
số các nhà máy chủ yếu là lắp ráp và nhập khẩu xe nguyên chiếc thì chúng ta còn
rất nhiều việc cần làm để xây dựng hoàn chỉnh một nhà máy sản xuất ô tô. Chúng
ta có thể học hỏi một số kinh nghiệm và phương pháp sản xuất của một số hãng
xe tên tuổi tại Việt Nam như: Toyota, Ford,...
A, Toyota Việt Nam.
Công ty ôtô Toyota Việt Nam (TMV) được thành lập ngày 5 tháng 9 năm 1995 là
liên doanh giữa Công ty Toyota Nhật Bản (TMC), Tổng Công ty Máy Ðộng lực
và Máy nông nghiệp Việt Nam (VEAM) và Công ty KUO (Châu á).
Nguyễn Dương Khánh
Trang 22
LUẬN VĂN CAO HỌC
Giống như tất cả các chi nhánh của Toyota, Toyota Việt Nam đảm bảo các tiêu
chuẩn chất lượng cao nhất cho tất cả các sản phẩm do mình sản xuất và bán ra.
Với lịch sử trên 40 năm, "Hệ thống Sản xuất Toyota" là một hệ thống quản lý do
Toyota tạo ra đã được nhiều công ty áp dụng ở các nước khác nhau trên toàn thế
giới nhằm tối ưu hóa năng suất và chất lượng.
Những đặc trưng của "Hệ thống sản xuất Toyota" gồm:
JIT (Just In Time - đúng lúc / kịp thời)
JIT là hệ thống nhằm giảm tối thiểu tính không hiệu quả với việc cung cấp chính
xác những chi tiết cần thiết cho mỗi công đoạn sản xuất.
JIDOKA
JIDOKA là một hệ thống sản xuất tự điều chỉnh nhằm duy trì chất lượng cao
bằng cách yêu cầu mỗi người công nhân là một giám sát viên trong khi thực hiện
những nhiệm vụ lắp ráp của họ.
KAIZEN
KAIZEN là triết lý "Cải tiến không ngừng" nhằm khuyến khích tất cả mọi thành
viên của công ty luôn phấn đấu vì năng suất và chất lượng cao nhất.
Các công nghệ tiên tiến thường xuyên được đưa vào sử dụng tại Toyota Việt
Nam, kể cả công nghệ sơn nhúng tĩnh điện âm cực, đảm bảo cho lớp sơn hoàn
thiện có chất lượng cao, và những ưu việt khác như băng truyền trên cao nhằm
tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp ráp và giảm sự mệt mỏi cho công nhân bằng
cách duy trì dây chuyền lắp ráp ở độ cao tối ưu cho mỗi một thao tác.
Toyota luôn tiếp tục nâng cao năng suất của mình bằng cách sử dụng một Hệ
thống sản xuất được tối ưu hóa trong những điều kiện sản xuất. Từ tháng 1 năm
2002, Toyota Việt Nam đã áp dụng "Hệ thống đề xuất ý kiến" (Suggestion
System) để khuyến khích và đẩy mạnh hơn nữa các tính sáng tạo của các cá nhân
nói riêng và hoạt động cải tiến nói chung của bộ phận sản xuất. Bất kể ai có một
ý tưởng hay đều có thể sử dụng mẫu Phiếu đề xuất ý kiến để trình bày ý tưởng.
Các ý tưởng đề xuất sẽ được xem xét. Những đề xuất hay sẽ được nghiên cứu để
áp dụng thực hiện.
Nguyễn Dương Khánh
Trang 23
LUẬN VĂN CAO HỌC
Giữ vững được đặc trưng của hệ thống luôn là việc cần làm. Vì đó là cốt lõi xây
dựng lên sự thành công cho tổ chức, nó giúp tổ chức đáp ứng được hầu hết các
tiêu chuẩn được qui định trong lĩnh vực sản xuất và lắp ráp ô tô.
Hiện nay, Công ty Toyota Việt Nam đã áp dụng tại Việt Nam 4 quy trình sản
xuất: dập, hàn, sơn và lắp ráp.
Tại xưởng dập, công ty này đã dập một số dòng xe hạng trung như Vios, Hiace
và một số chi tiết của các dòng xe khác. Tuy nhiên, tất cả các nguyên vật liệu
dùng cho quá trình dập vỏ xe đều được nhập khẩu từ nước ngoài, do sản phẩm
trong nước không đáp ứng được tiêu chuẩn.
Hình 1.11 Xưởng dập tại nhà máy Toyota VN
Sau khi các chi tiết được dập xong, chúng được làm sạch rồi đưa vào các đồ gá
chuyên dùng để hàn lại thành các chi tiết lớn hơn, sau đó các chi tiết này được
đưa tới đồ gá chính để gá đặt và hàn với nhau tạo thành các phần chính trên xe.
Các phần chính được đưa lên đồ gá tổng hợp hàn thành một khối. Sau đó, vỏ xe
được đưa ra chỉnh sửa, lắp ráp các phần còn lại: như cánh cửa, capô, cửa
hậu,…và làm sạch trước khi chuyển sang xưởng sơn.
Nguyễn Dương Khánh
Trang 24
