Robot hàn TA 1400 panasonic (kèm file .m tính động học thuận)

Robot hàn TA 1400

144Equation Chapter 4 Section 4
MỤC LỤC.
-

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT...........................................................................................................3

-

DANH MỤC HÌNH VẼ...................................................................................................................3

I.

GIỚI THIỆU VỀ HÃNG PANASONIC........................................................................................4

II.

CẤU TẠO THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA ROBOT HÀN TA1400............................................5
2.1.

Robot hàn công nghiệp.....................................................................................................5

2.2.

Tính năng...............................................................................................................................5

2.3.

Cấu tạo của robot hàn TA 1400....................................................................................6

2.4.

Đặc tính kĩ thuật chính của TA 1400...........................................................................7

2.5.

Ứng dụng trong công nghiệp.........................................................................................9

III. Động học robot TA 1400 và thiết kế quỹ đạo chuyển động......................................9
3.1.

Động học thuận...................................................................................................................9

3.2.

Thiết kế quỹ đạo chuyển động cho các khớp........................................................13

IV.

Giới thiệu phần mềm lập trình.........................................................................................19

4.1.

Giới thiệu về phần mềm EASY -ROB..........................................................................19

4.2.

Giao diện phần mềm.......................................................................................................20

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................................24

BTL ROBOT

1


Robot hàn TA 1400

LỜI NÓI ĐẦU
Trong công cuộc đổi mới công nghệp hóa hiện đại hóa đất nước, vấn đề
áp dụng khoa học kĩ thuật vào các quy trình sản xuất là vấn đề cấp bách hàng
đầu. Cùng với sự phát triển của một số ngành như điện tử, công nghệ thông
tin…… ngành tự động hóa công nghiệp cũng đã phát triển vượt bậc. Tự động
hóa các quy trình đang rất phổ biến, có thể thay thế sức lao động con người,
đem lại năng suất cao, chất lượng sản phẩm tốt.
Trong số đó có quy trình hàn cũng là một trong những khâu quan trọng
trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp như: sản xuất ô tô, xe máy, … Nhờ
có lợi ích mà robot hàn đem lại cho ngành công nghiệp, nên robot hàn ngày
càng phát triển trong giai đoạn này.
Cũng do sự phát triển của nền công nghiệp, nên nhiều hãng đã có robot hàn
cho riêng mình ví dụ như: Kawasaki (Nhật Bản), ABB (Thụy Sĩ), Yaskawa
(Nhật Bản), Panasonic (Nhật Bản),… Để có thêm kiến thức về Robot hàn chúng
em đã chọn ra một loại đại diện là robot TA 1400 của hãng Panasonic, tìm hiểu
về cấu tạo và cách hoạt động, phục vụ cho nền công nghiệp hiện đại.

BTL ROBOT

2

Robot hàn TA 1400

- DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.
TNHH : trách nhiệm hữu hạn.
GMAW :Gas Metal Arc Welding.
MAG: Metal Acitive Gas.
MIG : Metal Inert Gas.
DH :Danavit Hartenberg

- DANH MỤC HÌNH VẼ.

Hình
1.1
Hình
2.1
Hình
2.2
Hình
2.3
Hình
3.1
Hình
3.2
Hình
3.3
Hình
4.1
Bảng
4.1
Hình

4.2
Hình
4.3
Hình
4.4
Hình
4.5
Hình
4.6
Hình
BTL ROBOT

Tên
Bóng đèn 2 đui mang dấu ấn của Mátuhita

Trang
4

Đặc trưng nóng chảy và kiểu dịch chuyển

6

Dịch chuyển phun

7

Các giai đoạn dịch chuyển

9

Robot hàn TA 1400

10

Cấu tạo của Robot hàn TA 1400

11

Thông số & trường hoạt động của TA 1400

12

Khung tọa độ thanh nối Robot TA 1400

13

Bảng D-H

14

Dùng MatLab GUI tính động học thuận

16

Kết quả tính động học thuận trên Matlab GUI

16

Quỹ đạo vị trí, vận tốc, gia tốc khớp 1

18

Quỹ đạo vị trí, vận tốc, gia tốc khớp 2

19

Quỹ đạo vị trí, vận tốc, gia tốc khớp 3

20

Quỹ đạo vị trí, vận tốc, gia tốc khớp 4

21
3


Robot hàn TA 1400

4.7
Hình
4.8
Hình
4.9
Hình
4.10

BTL ROBOT

Quỹ đạo vị trí, vận tốc, gia tốc khớp 5

22

Quỹ đạo vị trí, vận tốc, gia tốc khớp 6

23

Mô phỏng quỹ đạo dạng bậc 3 của khớp trên
GUI

23

4


Robot hàn TA 1400

I.

GIỚI THIỆU VỀ HÃNG PANASONIC

- Năm 1918, Thương hiệu Panasonic được bắt đầu từ một
công ty TNHH Matsushita bán phích cắm điện và bóng đèn hai
đui (duplex lamp sockets).

Hình 1.1: Bóng đèn hai đui mang dấu ấn của Matsushita.
- Năm 1927 công ty Matsushita đã dùng cái tên National
dùng làm thương hiệu của công ty để tung ra thị trường loại
bóng đèn vuông cho xe đạp.
- Năm 1955 công ty lại đổi tên thương hiệu và lấy cái tên
Panasonic dùng để xuất khẩu các sản phẩm loa âm thanh và

sản phẩm bóng đèn của công ty ra nước ngoài. [1]
- Sau nhiều lần cân nhắc về tên thương hiệu của công ty,
đến tháng 5/ 2003 công ty chính thức sử dụng Panasonic để
quảng báo trên toàn cầu trong lĩnh vực điện tử. Với phương
châm mang đến sự tiện ích cho cuộc sống người dùng nên
thương hiệu Panasonic luôn đặt ra khẩu hiệu “Panasonic ý
tưởng cho cuộc sống”.
- Panasonic bắt đầu hoạt động kinh doanh tại Việt Nam từ
những năm 1950, mục tiêu đóng góp cho xã hội Việt Nam
BTL ROBOT

5


Robot hàn TA 1400

thông qua các hoạt động từ nghiên cứu và phát triển, sản xuất,
phân phối và bán hàng cũng như các hoạt động trách nhiệm xã
hội Tập đoàn
.
II. CẤU TẠO THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA ROBOT HÀN TA1400.
II.1. Robot hàn công nghiệp.
Robot hàn công nghiệp thực chất là robot công nghiệp
được gắn thêm mỏ hàn, dùng để thay thế cho con người. Lợi
ích lớn nhất của việc hàn tự động là có độ chính xác, giảm
nguy cơ mắc lỗi,.. ngoài ra có năng suất cao hơn so với thiết
bị hàn tay thông thường, giảm tác hại khi hàn do tiếp xúc với
hồ quang .
Một số đặc trưng của robot công nghiệp:
Thông số kĩ thuật

Số bậc tự do
Tải nâng
Vận tốc quay

Đơn
vị

Thông số kĩ thuật

Nguồn hàn
Kg
Tầm với (max/min)
rad/
Tầm cao (max,min)
s
Dòng hàn
A
Sai số định vị
Công suất
kW
Bảng 3.1: Đặc trưng của robot công nghiệp.

Đơn
vị
mm
mm
mm

II.2. Tính năng.

BTL ROBOT

6


Robot hàn TA 1400

Hình 3.1: Robot hàn TA 1400.
Một số tính năng của Robot hàn TA 1400 là:
+ Robot hàn dùng GMAW – MIG/MAG, điều khiển hoàn toàn
bằng kĩ thuật số, có khả năng điều khiển chính xác nguồn nhiệt,
giảm tối đa độ bắn tóe.
+ Tốc độ hàn nhanh, chất lượng mối hàn cao được cải tiến rõ
rệt khi bắt đầu và kết thúc hàn.
+ Có chế độ kiểm soát hồ quang giúp cho quá trình theo dõi
chính xác hơn hoặc trạng thái lỗi đầu ra.
+ Có chức năng kiểm soát thông số hàn như dòng ddiienj điện
áp hàn, tốc độ cấp dây,…
+ Công nghệ điều khiển động cơ servo tiên tiến, khả năng dịch
chuyển
tốt.
II.3. Cấu tạo của robot hàn TA 1400.
Robot hàn TA 1400 bao gồm:
+ Một cơ cấu robot công nghiệp.
BTL ROBOT

7


Robot hàn TA 1400

+ Nguồn hàn.
+ Bình chứa khí (thường là CO2).
+ Súng hàn.

Hình 3.2: Cấu tạo robot hàn TA 1400.
II.4. Đặc tính kĩ thuật chính của TA 1400.
+ Kết cấu: Dạng khớp độc lập; Bậc tự do: 06
+ Cánh tay: RT (±170o); góc quay tay dưới UA (155o đến -90o);
góc quay tay trên FA (+185o đến 90o), cổ tay: góc quay khớp
RW (±270o); độ uốn cong BW (+90o đến -150o); độ xoắn khớp
nối TW (±400o).
+ Diện tích mặt cắt của dịch chuyển cánh tay: Điểm P.2:
2.96m2 x 340o; điểm O.2: 2.59m2 x 340o.
+ Khoảng dịch chuyển cánh tay theo chiều dài: Điểm P.2
+1374mm đến-1374mm; điểm O.2: +1334mm đến – 965mm.
+ Khoảng cách dịch chuyển cánh tay theo chiều đứng: Điểm P.2
+1634 mm đến -742mm; điểm O.2: + 1594mm tới -702mm
+ Tốc độ: RT: 2.97 rad/s; UA: 3.32 rad/s; FA: 3.32 rad/s; RW:
6.46 rad/s; BW: 6.54 rad/s; TW: 10.5 rad/s
+ Tải cho phép lớn nhất: 06 kg; Độ chính xác lặp lại vị trí:
±0.1mm
BTL ROBOT

8


Robot hàn TA 1400

+ Khối lượng: 161 kg

BTL ROBOT

9


Robot hàn TA 1400

Hình 3.3: Thông số và phạm vi hoạt động của TA 1400. [4]


Robot hàn TA 1400

II.5. Ứng dụng trong công nghiệp.
Đối với chuyên ngành hàn, việc đưa robot vào quá trình
sản suất có một số ưu điểm sau:
+ Khả năng tự động hóa cao.
+ Tăng năng suất và hiệu quả kinh tế.
+ Hình dáng kích thước và chất lượng mối hàn ổn định.
+ Ứng suất và biến dạng sau khi hàn nhỏ.
+ Thực hiện các đường hàn có độ phức tạp với độ chính
xác cao.
+ Làm việc trong môi trường không thuận lợi thay thế
con người.
III. Động học robot TA 1400 và thiết kế quỹ đạo chuyển động.
III.1. Động học thuận.
Ở bài toán động học thuận này, vị trí và hướng tay được
xác định từ các biến khớp (góc quay ở khớp quay hoặc độ
dịch chuyển ở khớp tịnh tiến) đã biết
Cấu hình và các khung tọa độ của thanh nối Robot:

Robot hàn TA 1400

Hình 4.1 : Khung tọa độ thanh nối robot TA1400.
Dựa vào cấu trúc động học ở trên ta lập nên bảng D-H
(Danavit _ Hartenberg ) như sau:
theta

d

alpha

a

K1

theta1

d1

90

a1

K2

theta2

0

0

a2

K3

theta3

0

90

a3

K4

theta4

d4

-90

0

K5

theta5

0

90

0

K6

theta6

d6

0

0

Bảng 4.1: Bảng D-H.
Trong đó: a1 = 168 (mm) ; d1 = 420 (mm) ; a2 = 560(mm);
a3 = 130 (mm); d4 = 600 (mm); d6 = 200(mm)
Từ bảng D-H ta xác định được các ma trận thành phần
biểu diễn giữa 2 khung tọa độ i và i -1.

ci
�
�
si
�
�0
�
0
Ai = �

 si c i

s i s i

ci c i

ci s i

s i

c i

0

0

ai c i �
ai si �
�
di �
�
1 �

Cụ thể ta sẽ nhận được các ma trận các phép biến đổi là::
C1
�
�
S1
�

�0
�
0
A1 = �0

0 S1 a1C1 �
0 C1 a1S1 �
�
1 0
d1 �
�
0 0
1 �;

C3
�
�
S3
�
�0
�
2
A3= �0

0 S3
0 C3
1 0
0 0

a3C3 �

a3 S3 �
�
0 �
�
1 �;

C2
�
�
S2
�
�0
�
1
A2 = �0

C4
�
�
S4
�
�0
�
3
A4= �0

 S2
C2
0
0

0 a2C2 �
0 a2 S2 �
�
1
0 �
�
0
1 �;

0  S4
0 C4
1 0
0
0

0�
0�
�
d4 �
�
1 �;


Robot hàn TA 1400

C5
�
�
S5

�
�0
�
4
A5= �0

0 S5
0 C5
1 0
0 0

0�
0�
�
0�
�
1 �;

C6
�
�
S6
�
�0
�
5
A6= �0

 S6
C6

0
0

0 0�
0 0�
�
1 d6 �
�
0 1 �;

Ma trận biểu diễn phép biến đổi biểu diễn tay robot so với
thân robot là:
a11 a12 a13 a14 �
�
�
a21 a22 a23 a24 �
�
�
�
a31 a32 a33 a34 �
�
�
T = 0A1. 1A2. 2A3. 3A4. 4A5. 5A6 = �0 0 0 1 �;

Trong đó:
a11  S6  S1C4  C1C23 S 4   C6 �
C5  S1S 4  C1C23C4   C1S 23 S5 �
�
�
a21   S6  C1C4  S1C23 S 4   C6 �

C5  C1S 4  S1C23C4   S1S 23 S5 �
�
�

a31  C6  C23 S5  S 23C4C5   S 23 S 4 S 6
a12  C6  S1C4  C1C23 S4   S6 �
C5  S1S 4  C1C23C4   C1S 23 S5 �
�
�
a22  C6  C1C4  S1C23 S 4   S6 �
C5  C1S 4  S1C23C4   S1S 23 S5 �
�
�

a32   S 6  C23 S5  S 23C4C5   S 23 S 4C6
a13  S5  S1S4  C1C23C4   C1S 23C5
a23   S5  C1S4  S1C23C4   S1S 23C5
a33  S 23C4 S5  C23C5
a14  d 6 �
S5  S1S 4  C1C23C4   S23C1C5 �
�
� C1  a1  a3C23  a2C2   d 4 S 23C1
a24  d 6 �
S5  C1S 4  S1C23C4   S 23 S1C5 �
�
� S1  a1  a3C23  a2C2   d 4 S 23 S1

a34  d1  d 4C23  a3 S23  a2 S 2  d 6  C23C5  S 23C4 S5 

Trong công thức trên : C 1 = cos(theta1) ;S1 = sin(theta1); C23

= cos(theta2 theta3);S23 = sin(theta2 +theta3); a1 = 168
(mm) ; d1 = (mm); a2 = 560 (mm); a3 = 130 (mm); d4 = 600
(mm); d6 = 200(mm)


Robot hàn TA 1400

Dùng matlab GUI để nhập dữ liệu từ các biến khớp để suy ra
ma trận biểu diễn hướng và vị trí.

Hình 4.2: Dùng matlab GUI tính động học thuận.
Màn hình hiển thị kết quả sau khi nhập.

Hình 4.3: Kết quả tính động học thuận trên Matlab GUI


Robot hàn TA 1400

III.2. Thiết kế quỹ đạo chuyển động cho các khớp.
Ta thiết kế quỹ đạo chuyển động các khớp, với quỹ đạo là
 (t )  ai 0  ai1t  ai 2 t 2  ai 3t 3 .
đa thức bậc 3. Quỹ đạo có dạng i
Ta giả sử robot đi từ điểm A có
qA = [ 1A

 2 A 3 A  4 A 5 A  6 A ] = [200 300 400 450 900 600]

    
đến điểm B có qB = = [ 1B 2B 3 A 4B 5 A 6B ] = [300 450 -100 -150 -100 900]
trong thời gian 3(s) với điều kiện vận tốc tại hai điểm đầu cuối bằng 0.

Hệ phương trình tổng quát cho khớp:
q (0)  a i 0

q(t c )  a i 0  a i1 t  a i 2 t 2  a i 3 t 3
,

q(0)  a i1
,

q(t c )  a i1  2 a i 2 t  3a i 3 t 2
 Xét khớp 1.
q(0)  a10  20

q(t c )  a10  a11 3  a 12 32  a 13 33  30
,

q (0)  a11  0
,

q (t c )  a11  2 a12 3  3a13 32  0
Giải hệ 4 phương trình 4 ẩn ta được: a10 = 20; a11 = 0 ; a12 = 3.33; a13 = -0.74;
Phương trình quỹ đạo vị trí, vận tốc và gia tốc là :
(t)=20 +
(t)=6.66t2.22
(t)=6.6664.44t
Mô phỏng quỹ đạo trên matlab:


Robot hàn TA 1400

Hình 4.4: Quỹ đạo, vị trí, gia tốc khớp 1
 Xét khớp 2.
q(0)  a 20  30

q(t c )  a 20  a 21 3  a 22 32  a 23 33  45
,

q (0)  a 21  0
,

q (t c )  a 21  2 a 22 3  3a 23 32  0
Giải hệ 4 phương trình 4 ẩn ta được: a20 = 30; a21 = 0 ; a22 = 5; a23 = -10/9;
Phương trình quỹ đạo vị trí, vận tốc và gia tốc là :
(t)=30 +
(t)=10t10/3
(t)=1020/3t
Mô phỏng quỹ đạo trên matlab:


Robot hàn TA 1400

Hình 4.5 : Quỹ đạo, vị trí, gia tốc khớp 2.
 Xét khớp 3.
q(0)  a 30  40

q(t c )  a 30  a 31 3  a 32 32  a 33 33  10
,

q (0)  a 31  0
,

q (t c )  a 31  2 a 32 3  3a 33 32  0
Giải hệ 4 phương trình 4 ẩn ta được: a 30 = 40; a31 = 0 ; a32 = -50/3; a33 =
100/3;
Phương trình quỹ đạo vị trí, vận tốc và gia tốc là :
(t)=40
(t)= 100/9
(t)=0/3200/9t
Mô phỏng quỹ đạo trên matlab:


Robot hàn TA 1400

Hình 4.6: Quỹ đạo, vị trí, gia tốc khớp 3
 Xét khớp 4.
q (0)  a 40  45

q(t c )  a 40  a 41 3  a 42 32  a 43 33  15
,

q (0)  a 41  0
,

q(t c )  a 41  2 a 42 3  3a 43 32  0
Giải hệ 4 phương trình 4 ẩn ta được: a40 = 45; a41 = 0 ; a42 = -20; a43 = 40/9;
Phương trình quỹ đạo vị trí, vận tốc và gia tốc là :
(t)=45 20
(t)= 40t40/3
(t)=4080/3t
Mô phỏng quỹ đạo trên matlab:

Robot hàn TA 1400

Hình 4.7: Quỹ đạo, vị trí, gia tốc khớp 4.
 Xét khớp 5.
q(0)  a 50  90

q(t c )  a 50  a 51 3  a 52 32  a 53 33  10
,

q (0)  a 51  0
,

q (t c )  a 51  2 a 52 3  3a 53 32  0
Giải hệ 4 phương trình 4 ẩn ta được: a 50 = 90; a51 = 0 ; a52 = -100/3; a53 =
200/27;
Phương trình quỹ đạo vị trí, vận tốc và gia tốc là :
(t)=90
(t)= - 200/3t200/9
(t)=-200/3400/9t
Mô phỏng quỹ đạo trên matlab:

Hình 4.8: Quỹ đạo, vị trí, gia tốc khớp 5.
 Xét khớp 6.
q(0)  a 60  60

q(t c )  a 60  a 61 3  a 62 32  a 63 33  90
,

q (0)  a 61  0
,

q(t c )  a 61  2 a 62 3  3a 63 32  0
Giải hệ 4 phương trình 4 ẩn ta được: a60 = 60; a61 = 0 ; a62 = 10; a63 = -20/9;
Phương trình quỹ đạo vị trí, vận tốc và gia tốc là :
(t)=60
(t)=20t20/3
(t)=2040/3t


Robot hàn TA 1400

Mô phỏng quỹ đạo trên matlab:

Hình 4.9: Quỹ đạo, vị trí, gia tốc khớp 6.
Ta cũng có thể dùng matlab để mô phỏng quỹ đạo vị trí,
vận tốc, gia tốc của robot khi thay đổi giá trị ban đầu.
Cụ thể như sau: ta vẽ quỹ đạo của khớp thứ 6, nhập vào
thời gian mô phỏng, giá trị của điểm đầu và điểm cuối. Kết
quả ta được như hình dưới đây.

Hình 4.10: Mô phỏng quỹ đạo dạng bậc 3 của các khớp trên
GUI.


Robot hàn TA 1400

IV. Giới thiệu phần mềm lập trình.
IV.1. Giới thiệu về phần mềm EASY -ROB

- Để lập trình được robot công nghiệp nó chung hay robot
TA1400 nói riêng ta sử dụng phần mềm EASY-ROB 2.0
- Tính năng cơ bản:
+ Là công cụ sử dụng đồ họa không gian 3 chiều (3D).
+ Các hình ảnh có thể hoạt động được.
+Tạo ra các khối hình học để vẽ kết cấu của robot.
+ Dùng chuột để quay hoặc tịnh tiến đến tọa độ tùy ý.
+ Phòng to thu nhỏ.
+Xem được các hệ tọa độ đã gắn trên các khâu của robot.
IV.2. Giao diện phần mềm.
Phần mềm EASY-ROB 2.0 là phần mềm tự chạy mà không
cần cài đặt.
Giao diện gồm 3 phần chính là:
+ Cửa sổ làm việc .
+Thanh công cụ.
+ Thanh memu chính.

Hình 5.1: Giao diện làm việc của phần mềm EASY-ROB.
 Tìm hiểu về từng phần của thanh công cụ.
Menu file: Dùng để lưu, load , xóa các file của robot.


Robot hàn TA 1400

Hình 5.2: Menu file.
Menu robotics: Nhập thông số của bảng DH để tính toán vị
trí của robot, và 1 số thông số khác.

Hình 5.3: Menu robotics
Menu simulate: Dùng để mô phỏng

Robot hàn TA 1400

Hình 5.4: Menu simulate
Menu 3D-CAD: dùng các khối hình học để vẽ kết cấu của
robot trong không gian 3 chiều.

Hình 5.5:Menu 3D-CAD
Menu View: xem kết cấu robot ở các dạng khác nhau.


Robot hàn TA 1400

Hình 5.6: Menu View


Robot hàn TA 1400

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.
[1].
/>tml#section01
[2].
/>[3]. />fbclid=IwAR1xxEEUOAI6VDXMFcNymAEhD7MFJhUZQX55jtsOwwJR0L3PqwokRptp48
[4]. Tài liệu robot hàn của panasonic.
/>