Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình robot hàn tự hành chuyên dùng hàn ghép mí các đường cong phẳng trong mặt phẳng đứng

Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-----------------------LÊ CÔNG DANH

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH
ROBOT HÀN TỰ HÀNH CHUN DÙNG HÀN
GHÉP MÍ CÁC ĐƯỜNG CONG PHẲNG TRONG
MẶT PHẲNG ĐỨNG

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2008


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. Lê Hoài Quốc.
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Cán bộ chấm nhận xét 1:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị, chữ ký)
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Cán bộ chấm nhận xét 2
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị, chữ ký)
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày

tháng

năm 2008


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

Tp. HCM, ngày 21 tháng 01 năm 2008

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : Lê Công Danh
Ngày, tháng, năm sinh: 12/10/1983
Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2006.

Phái : Nam.
Nơi sinh: Tp.HCM

I-TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH
ROBOT HÀN TỰ HÀNH CHUN DÙNG HÀN GHÉP MÍ CÁC ĐƯỜNG
CONG PHẲNG TRONG MẶT PHẲNG ĐỨNG.
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :
- Nghiên cứu thiết kế cấu trúc, cấu tạo cơ khí và các cơng cụ phụ trợ cho robot hàn
tự hành trong mặt phẳng đứng.
- Nghiên cứu giải pháp nhận biết các tọa độ trên quĩ đạo hàn cho trước.
- Chế tạo mơ hình thử nghiệm.
- Đánh giá kết quả đạt được.
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

Ngày 21 tháng 01 năm 2008.

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

Ngày 30 tháng 11 năm 2008.

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

PGS.TS.Lê Hoài Quốc.

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông
qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS. Lê Hồi Quốc

CN BỘ MƠN
QL CHUN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Học viên hoàn thành luận văn này trước hết là nhờ công sức của tất cả các
Thầy Cô giáo trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh đã giảng dạy học
viên trong thời gian nghiên cứu và học tập tại trường. Học viên xin chân thành cảm
ơn tất cả các Thầy Cơ giáo của Phịng đào tạo sau đại học và Khoa Cơ Khí trường
Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh. Đặc biệt học viên xin bày tỏ lòng biết
ơn chân thành đối với PGS.TS. Lê Hồi Quốc, đã tận tình hướng dẫn cho học viên
trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Cuối cùng xin cảm ơn sự động viên giúp đỡ của gia đình và bạn bè.
Chân thành cảm ơn sự góp ý, phê bình của các đọc giả.


LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền khoa học kó thuật, đời sống
của con người ngày càng được cải thiện hơn về vật chất cũng như về tinh thần.
Tuy nhiên khoa học kó thuật ngày càng phát triển thì trong một số ngành công
nghiệp, con người phải làm việc trong môi trường hoàn toàn bất lợi đối với sức
khỏe như hoá chất, phóng xạ…
Môi trường hàn là một môi trường độc hại, người công nhân phải làm việc
trong môi trường ngột ngạt, chật hẹp, ô nhiễm tiếng ồn và khói hàn trong thời
gian dài. Vấn đề đặt ra là làm thế nào giúp cho con người hạn chế tối đa việc
tiếp xúc đến các tác nhân gây hại. Vì vậy đã có nhiều công trình nghiên cứu về
các vấn đề ứng dụng robot hàn để thay thế cho người công nhân và đã đạt được

nhiều thành tựu. Một khi được lập trình hợp lý, robot sẽ tạo ra những mối hàn có
chất lượng như nhau giảm nguy cơ mắc lỗi trong thao tác. Robot không những có
năng suất cao mà còn có thể hoạt động liên tục suốt ngày đêm với hiệu quả và
chất lượng đồng đều.
Học viên thực hiện luận văn này nhằm thiết kế một dạng robot hàn để hàn
các đường cong hoặc thẳng trong mặt phẳng thẳng đứng được sử dụng nhiều trong
công nghiệp hàn nói chung và ngành đóng tàu nói riêng nhằm thay thế cho người
cơng nhân. Trong luận văn còn có nhiều sai sót, kính mong được sự góp ý của
Q Thầy Cô và các bạn để cho đề tài được hoàn thiện hơn.
Tác giả
Lê Cơng Danh


TĨM TẮT
Nội dung chính của luận văn hướng về nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thử
nghiệm mơ hình Robot hàn tự hành hàn các đường cong phẳng trong mặt phẳng
đứng. Nội dung bao gồm :
Chương 1:
Chương này trình bày tổng quan về nền công nghiệp hàn: Lịch sử phát triển,
tóm tắt tình hình nghiên cứu trong nước và ở nước ngoài, các phương pháp hàn,
mục tiêu nghiên cứu của luận văn
Chương 2:
Chương này trình bày những vấn đề liên quan đến nội dung nghiên cứu như :
các dạng robot tự hành của các hãng trên thế giới, thiết kế cấu trúc và bố trí khơng
gian cho robot hàn tự hành trong mặt phẳng đứng
Chương 3:
Chương này trình bày về :cấu trúc phần cứng của robot bao gồm phần cơ khí
và phần điều khiển, giải pháp nhận biết đường hàn
Chương 4:
Trình bày về giải pháp tạo quỹ đạo cơng nghệ cho robot hàn

Chương 5:
Trình bày về việc thử nghiệm robot và đánh giá kết quả đạt được
Chương 6:
Kết luận về các vấn đề đã giải quyết, các vấn đề còn tồn đọng và hướng phát
triển của luận văn


SUMMARY
The main content of essay tends to research, design and make a prototype of
“Welding robot working in vertical plane”. The content includes :
Chapter 1:
This chapter shows general of Welding Technology. History and
development of Welding robot, problems concerned in the research of Welding
robot in VietNam and other countries, objective and method that will be research
in this essay.
Chapter 2:
This chapter shows some kinds of automatics welding robot. Arrange and
design the structure of “Welding robot working in vertical plane”
Chapter 3:
This chapter shows the hardware and software of robot and the way to
recognize the welding track
Chapter 4:
This chapter shows the method to create the technological trajectory for
welding robot
Chapter 5:
This chapter shows the results of research and comment about the result
Chapter 6:
Sumary of essay

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NỀN CÔNG NGHIỆP HÀN…………….1
1.1 SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH HÀN....................1
1.2 NHU CẦU CỦA CÁC NGÀNH SẢN XUẤT CƠ KHÍ VÀ CỦA
CƠNG NGHIỆP ĐĨNG TÀU............................................................................2
1.2.1 Hàn đối với sức bền thân tàu......................................................................2
1.2.2 Tính cơng nghệ...........................................................................................2
1.2.3 Tính kinh tế.................................................................................................3
1.2.4 Xu hướng phát triển....................................................................................3
1.2.5 Sử dụng robot trong cơng nghệ hàn............................................................4
1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ........................................................................4
1.3.1 Nước ngoài .................................................................................................2
1.3.2 Trong nước .................................................................................................8
1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN.....................................................................15
1.4.1 Hàn hồ quang tay: . ..................................................................................15
1.4.2 Hàn MIG/MAG........................................................................................16
1.4.3 Hàn TIG ...................................................................................................16
1.4.4 Hàn hồ quang chìm ..................................................................................17
1.4.5 Hàn laser...................................................................................................18
1.4.6 Hàn plasma...............................................................................................18
1.4.7 Các công nghệ hàn khác...........................................................................19
1.5 ROBOT HÀN .............................................................................................19
1.5.1 Dạng tay máy công nghiệp.......................................................................19
1.5.2 Dạng robot tự hành có đường dẫn hay hịan tịan tự động.......................22
1.6 CÁC ĐẶC ĐIỂM VÀ YÊU CẦU TRONG QUÁ TRÌNH HÀN
VỚI ROBOT .....................................................................................................25
1.7 SƠ LƯỢC VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TÀU THUỶ .............................29
1.7.1 Các kích thước hình học của tàu thủy ......................................................29
1.7.1.1 Ba mặt cắt thân tàu thẳng góc với nhau ................................................29
1.7.1.2 Kích thước chủ yếu ...............................................................................30

1.7.2 Kết cấu thân tàu........................................................................................30
1.7.3 Cơng nghệ đóng tàu .................................................................................31
1.7.3.1 Chế tạo bán thành phẩm........................................................................31
1.7.3.2 Chế tạo cụm chi tiết thanh.....................................................................32
1.7.3.3 Chế tạo phân đoạn thẳng .......................................................................32
1.7.3.4 Chế tạo phân đoạn khối.........................................................................33
1.7.3.5 Chế tạo tổng đoạn..................................................................................33
1.8 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ................................................36
CHƯƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP VỀ CẤU TRÚC VÀ BỐ TRÍ KHƠNG GIAN
CHO ROBOT HÀN TỰ HÀNH TRONG MẶT PHẲNG ĐỨNG..............37
2.1 CÁC GIẢI PHÁP VỀ CẤU TRÚC HIỆN CÓ TRÊN THẾ GIỚI VỀ
ROBOT HÀN TỰ HÀNH ................................................................................37
2.1.1 Robot hàn tự hành của Hãng BugO .........................................................37
2.2.2 Robot hàn tự hành của các hãng khác......................................................41
2.1.2 Mục tiêu đề ra cho robot hàn....................................................................43
2.2 BỐ TRÍ KHƠNG GIAN CHO ROBOT .....................................................44
2.2.1 Nguyên lý hoạt động của robot tự hành hàn sườn (mạn) tàu...................44
2.2.2 Phân tích lựa chọn phương án cho robot hàn...........................................44
2.2.3 Thiết kế các bộ phận của robot ................................................................52
CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA ROBOT VÀ GIẢI PHÁP
ĐIỀU KHIỂN ĐUỐC HÀN BÁM THEO QUỸ ĐẠO CẦN HÀN .............55
3.1 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA ROBOT ................................................55
3.1.1 Module ray dẫn hướng .............................................................................55
3.1.2 Cấu tạo robot ............................................................................................62
3.1.2.1 Đế ..........................................................................................................62
3.1.2.2 Module trượt .........................................................................................65
3.1.2.3 Hộp điều khiển ......................................................................................68
3.1.2.4 Bộ phận cấp nguồn................................................................................71

3.1.3 Một số hình ảnh tổng thể robot hồn chỉnh .............................................73
3.2 ĐƯỜNG HÀN ............................................................................................75
3.2.1 Cấu tạo đường hàn ...................................................................................75
3.2.2 Các dạng khuyết tật mối hàn....................................................................77


3.2.3 Các cơng nghệ hàn thường dùng trong đóng tàu .....................................80
3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP NHẬN BIẾT ĐƯỜNG HÀN ...............................82
3.3.1 Phân tích cấu tạo đường hàn ....................................................................82
3.3.2 Các phương án nhận biết đường hàn........................................................84
3.3.2.1 Đối với đường hàn có vát mép..............................................................84
3.3.2.2 Đối với đường hàn không vát mép........................................................85
3.3.3 Cảm biến sử dụng để nhận biết đường hàn..............................................86
3.3.3.1 Yêu cầu đối với cảm biến......................................................................86
3.3.3.2 Một số cảm biến có thể sử dụng............................................................86
3.4 NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN ĐUỐC HÀN.............................................91
3.4.1 Nguyên tắc xác định đường hàn và điều khiển đuốc hàn ........................91
3.4.2 Giải thuật điều khiển và sơ đồ mạch điện ................................................95
3.4.2.1 Sơ đồ khối phần điều khiển của robot...................................................95
3.4.2.2 Lưu đồ giải thuật điều khiển .................................................................96
3.4.2.3 Sơ đồ mạch điện điều khiển ..................................................................97
3.4.3 Các chế độ hoạt động của robot .............................................................101
CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP TẠO QUỸ ĐẠO CÔNG NGHỆ HÀN
CHO ROBOT ................................................................................................102
4.1 QUỸ ĐẠO CƠNG NGHỆ HÀN ..............................................................102
4.1.1 Các dạng quỹ đạo cơng nghệ hàn ..........................................................102
4.1.2 Các phương pháp tạo quỹ đạo zigzag ....................................................104
4.2 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ PHẬN TẠO QUỸ ĐẠO
CÔNG NGHỆ HÀN........................................................................................107
4.2.1 Các giái pháp..........................................................................................107

4.2.2 Chế tạo thiết bị.................................................................................... 110
CHƯƠNG 5: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ......................113
5.1 THỬ NGHIỆM VỀ TỐC ĐỘ DI CHUYỂN CỦA ROBOT HÀN ..........113
5.1.1 Mục đích.................................................................................................113
5.1.2 Kết quả ...................................................................................................113
5.2 THỬ NGHIỆM VỀ SAI LỆCH VỊ TRÍ GIỮA ĐẦU DỊ
VÀ ĐẦN HÀN ...............................................................................................116
5.2.1 Mục đích.................................................................................................116


5.2.2 Điều kiện thử nghiệm ......................................................................... 116
5.2.3 Phương pháp đánh giá sai số............................................................... 116
5.2.3.1 Thử nghiệm lần 1 ............................................................................ 118
5.2.3.2 Thử nghiệm lần 2................................................................................122
5.3 NHẬN XÉT KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM: ...............................................125
5.3.1 Về tốc độ di chuyển................................................................................125
5.3.2 Về đường hàn .........................................................................................126
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN ............................................................................127
6.1 TĨM TẮT ............................................................................ 127
6.2 NHỮNG CƠNG VIỆC ĐÃ THỰC HIỆN ĐƯỢC : .................................127
6.3 NHỮNG HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI: ..................128
6.3.1 Những vấn đề còn hạn chế:....................................................................128
6.3.2 Hướng phát triển của đề tài:...................................................................129


Chương 1: Tổng quan về nền công nghiệp hàn
Trang 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NỀN CÔNG NGHIỆP HÀN

1.1 SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH HÀN:
Khỏang đầu thời đại đồ đồng, đồ sắt, con người đã biết hàn kim lọai. Năm
1802, nhà bác học Nga Pê-tơ-rốp đã tìm ra hiện tượng hồ quang điện và chỉ rõ khả
năng sử dụng nhiệt năng của nó để làm nóng chảy kim loại, mở ra thời kỳ hàn hồ
quang tay trong ngành cơng nghiệp đóng tàu.
Năm 1888, Sla-vi-a-nốp đã áp dụng điện cực nóng chảy-cực điện kim loại
vào hồ quang điện, đến năm 1907, kỹ sư Thuỵ Điển Ken-Be đã phát hiện ra phương
pháp ổn định q trình phóng hồ quang và bảo vệ vùng hàn khỏi tác động của
khơng khí xung quanh bằng cách lắp lên điện cực kim loại một lớp vỏ thuốc. Việc
ứng dụng que hàn bọc thuốc bảo đảm chất lượng của mối hàn trong ngành công
nghiệp đóng tàu lúc bấy giờ.
Thời kỳ phát triển cao của cơng nghệ hàn trong ngành cơng nghiệp đóng tàu
đã được mở ra vào những năm cuối ba mươi và đầu bốn mươi sau những cơng trình
nỗi tiếng của viện sĩ E.O.Pa-tôn về hàn dưới thuốc. Phương pháp hàn bán tự động
và sau đó hàn tự động dưới lớp thuốc ra đời, sau đó nó được ứng dụng rộng rãi
trong ngành cơng nghiệp đóng tàu, đó là thành tựu vơ cùng to lớn của kỹ thuật hàn
hiện đại. Cho đến nay, hàn dưới thuốc vẫn là phương pháp cơ khí hố cơ bản trong
kỹ thuật hàn trong ngành cơng nghiệp đóng tàu với những ưu điểm vượt trội về hiệu
suất và chất lượng của mối hàn.
Từ những năm cuối bốn mươi, các phương pháp hàn trong khí bảo vệ được
nghiên cứu và đưa vào sản xuất. Hàn trong khí bảo vệ làm tăng vọt chất lượng mối
hàn và hiện nay là một trong những phương pháp hàn được sử dụng rộng rãi nhất tại
các nhà máy đóng tàu với những ưu điểm về chất lượng mối hàn và đặc biệt là khả
năng sử dụng dễ dàng ở nhiều tư thế hàn khác nhau.
Hàn xỉ điện là một phát minh nổi tiếng nữa của tập thể Viện hàn điện B.O
Pa-tô (Ki-ép Liên Xơ). Qúa trình hàn điện xỉ được các nhà bác học Xơ Viết phát

GVHD: PGS.TS LÊ HỒI QUỐC

HVTH: LÊ CƠNG DANH

Chương 1: Tổng quan về nền công nghiệp hàn
Trang 2
hiện năm 1949, nghiên cứu và đưa vào sản xuất trong ngành cơng nghiệp đóng tàu
từ những năm năm mươi để chế tạo các thiết bị nặng trên tàu như lò hơi, tua bin,
máy tời…
Các phương pháp hàn ngày càng được nghiên cứu và cải tiến để nâng cao
năng suất, hiệu quả và chất lượng mối hàn cũng như nâng cao khả năng tự động
hóa. Hiện nay, có hơn 120 phương pháp hàn khác nhau, trong đó, các phương pháp
hàn được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành cơng nghiệp đóng tàu là: hàn bán tự
động và tự động dưới lớp thuốc (Submerged Arc Welding - SAW), hàn bán tự động
trong mơi trường khí bảo vệ (MIG, MAG), hàn hồ quang dây hàn lõi thuốc (FCAW
- Flux Cored Arc Welding), hàn hồ quang tự bảo vệ (Self-Shielded Arc Welding),
hàn TIG. Một số phương pháp hàn mới đang được nghiên cứu và đưa vào sản xuất
như: hàn bằng tia điện tử (electron beam welding), Laser beam, hàn siêu âm, hàn
phát ma hồ quang và cánh tay Robot (Robotic arms) …v.v.
1.2 NHU CẦU CỦA CÁC NGÀNH SẢN XUẤT CƠ KHÍ VÀ CỦA NGÀNH
CƠNG NGHIỆP ĐĨNG TÀU:
Có thể nói sự phát triển của cơng nghệ hàn gắn liền với sự phát triển của
ngành công nghiệp nặng nói chung trong đó có ngành cơng nghiệp đóng tàu. Hàn là
một phương pháp gia cơng kim loại tiên tiến và hiện đại với những ưu điểm vượt
trội.
1.2.1

Hàn với sức bền thân tàu:
Do sử dụng triệt để mặt cắt làm việc của chi tiết hàn nên độ bền mối hàn cao,

tăng độ bền chắc của kết cấu. Độ bền của các mối hàn sẽ tham gia đảm bảo độ kín
khít, độ bền chung và khả năng làm việc lâu dài, ổn định, của con tàu.

1.2.2

Tính cơng nghệ:
Cơng nghệ hàn là yếu tố hàng đầu quyết định việc chọn lựa phương án chế

tạo, lắp ghép các phân đoạn, tổng đoạn. Do đó, nó trực tiếp quyết định đến độ lớn
của con tàu. Hàn có thể nối được những kim loại có tính chất khác nhau, khơng hạn
chế chiều dày của các chi tiết, với độ bền mối hàn cao, mối hàn kín, chịu tải trọng

GVHD: PGS.TS LÊ HỒI QUỐC

HVTH: LÊ CÔNG DANH


Chương 1: Tổng quan về nền công nghiệp hàn
Trang 3
tĩnh tốt và chịu được áp suất cao. Do đó, hàn là phương pháp chủ yếu dùng để chế
tạo các bình chứa, nồi hơi, ống dẫn, các trang thiết bị trên tàu cũng như chế tạo, lắp
ráp các chi tiết, cụm chi tiết được cấu thành từ những kim loại có tính chất khác
nhau. Ngồi những chỗ chịu tác dụng của lực chấn động khơng nên hàn ra, khơng
có chỗ nào là khơng thể hàn được. Ngồi ra, cơng nghệ hàn cho phép giảm được
tiếng ồn trong sản xuất.
1.2.3 Tính kinh tế:
Công nghệ hàn mang lại hiệu quả kinh tế cao trong ngành cơng nghiệp đóng
tàu. So với tán ri-vê, hàn sẽ tăng được 13% tốc độ thi công, giảm 30% lượng nhiên
liệu tiêu hao, tiết kiệm được 10÷20% khối lượng kim loại do sử dụng mặt cắt làm
việc của chi tiết hàn triệt để hơn, hình dáng chi tiết cân đối hơn, giảm được khối
lượng kim loại mất mát do đột lỗ v.v…So với đúc, hàn tiết kiệm được tới 50% vì
khơng cần tới hệ thống rót.
Cơng nghệ hàn là một trong những yếu tố quan trọng góp phần nâng cao

năng suất trong ngành cơng nghiệp đóng tàu. Hàn sẽ giảm được thời gian và giá
thành chế tạo kết cấu. Hàn cho năng suất cao hơn so với các phương pháp khác do
giảm được số lượng nguyên công và cường độ lao động. Thiết bị hàn tương đối đơn
giản và dễ chế tạo. Khi hàn, ta có thể chỉ dùng máy hàn xoay chiều gồm một máy
giảm thế từ 200 volts hay 230 volts xuống nhỏ hơn 80 volts.
1.2.4

Xu hướng phát triển:
Hàn với những ưu điểm vượt trội về tính bền, tính cơng nghệ, tính kinh tế...

Do đó, cơng nghệ hàn đã và đang được nghiên cứu, ứng dụng rộng rãi trong ngành
cơng nghiệp đóng tàu. Hiện nay, cơng nghệ hàn phát triển với hơn 120 phương pháp
hàn khác nhau. Với khả năng cơ khí hố và tự động hố cao, ngày nay, cùng với sự
phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghệ cao, công nghệ hàn đang phát triển
với những phương pháp hàn tự động với năng suất, chất lượng mối hàn cao như:
hàn TIG, SAW, GTAW, hàn bằng tia điện tử (electron beam welding), Laser beam,
hàn siêu âm, hàn phát ma hồ quang và cánh tay Robot (Robotic arms) …v.v.

GVHD: PGS.TS LÊ HỒI QUỐC

HVTH: LÊ CƠNG DANH


Chương 1: Tổng quan về nền công nghiệp hàn
Trang 4
1.2.5 Sử dụng robot trong công nghệ hàn
Môi trường hàn là một môi trường độc hại, người công nhân phải làm việc
trong môi trường ngột ngạt, chật hẹp, ô nhiễm tiếng ồn và khói hàn trong thời gian
dài. Ngồi ra chất lượng mối hàn cịn phụ thuộc vào trình độ tay nghề và sức khỏe
của cơng nhân, do đó cần nghiên cứu về những vấn đề ứng dụng robot hàn để thay

cho người cơng nhân hàn.
Những lợi ích lớn nhất của hàn tự động sử dụng robot là có độ chính xác và
năng suất cao, nâng cao độ tin cậy của mối hàn. Một khi được lập trình hợp lý, các
robot sẽ tạo ra những mối hàn y như nhau trên các vật hàn cùng kích thước và quy
cách. Chuyển động của que hàn được tự động hóa sẽ giảm nguy cơ mắc lỗi trong
thao tác, do vậy giảm phế phẩm và khối lượng công việc phải làm lại. Robot không
những làm việc nhanh hơn mà cịn có thể hoạt động liên tục suốt ngày đêm, hiệu
quả hơn nhiều so với một hệ thống hàn tay.
Tóm lại nhu cầu về robot hàn là rất lớn khơng chỉ trong cơng nghiệp đóng
tàu mà cịn trong cơng nghiệp sản xuất cơ khí.
1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU:
1.3.1 Nước ngồi:
Việc nghiên cứu và ứng dụng robot trong sản xuất công nghiệp và trong an
ninh, quốc phòng đã được các nước công nghiệp phát triển quan tâm từ khá sớm.
Kể từ những mẫu robot công nghiệp đầu tiên như Unimate - 01 và Versatrans EEHV của hãng Unimation đưa vào ứng dụng ở Hoa Kỳ vào đầu thập kỉ 1960 đến
nay, đã có nhiều nước công nghiệp phát triển khác gồm Nhật Bản và một số
nước ở Châu u đã nhanh chóng nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lónh vực
sản xuất khác nhau. Trong đó, đáng kể nhất là đưa robot ứng dụng trong công
nghiệp ở các ngành sản xuất nặng nhọc, độc hại như trong ngành sản xuất hóa
chất và trong ngành luyện kim, trong các môi trường và công nghệ sản xuất thiếu

GVHD: PGS.TS LÊ HỒI QUỐC

HVTH: LÊ CƠNG DANH


Chương 1: Tổng quan về nền cơng nghiệp hàn
Trang 5
độ an toàn như trên các dây chuyền rèn dập, trong chế tạo thiết bị điện cỡ lớn,
trong các dây chuyền sản xuất linh hoạt nhằm thay thế lao động thủ công của

công nhân…
Nhiều cơng ty hàng đầu thế giới như: ABB, FANUC, PANASONIC,
KAWASAKI, KUKA, MOTOMAN…đã chế tạo các thiết bị hàn từ bán tự động đến
tự động các robot hàn và triển khai ứng dụng robot hàn trong công nghiệp.
Trong các tạp chí khoa học có uy tín về lĩnh vực robot, nhiều cơng trình đã
được cơng bố và triển khai như:
+ “Seam tracking and welding speed control of mobile for lattice type of
welding” Y.B. Jeon, B. O. Kam, S. S. Park, and S. B. Kim. Đề tài đưa ra một mơ
hình robot di động dùng để hàn đường thẳng. Cảm biến dò đường hàn di chuyển
cùng với bàn trượt mang đầu mỏ hàn. Bộ điểu khiển nhận thông tin về sai số từ cảm
biến để điều khiển chuyển động của robot theo phương trình lập sẵn.
+ “Development of mobile robot for pipe welding with visual sensor”
Ogawa, Koichi Suga, Yasuo. Phát triển robot di động có trang bị cảm biến thị giác
dùng trong hàn ống dẫn.
+ “Development of an autonomous mobile robot with a visual sensor for
welding of pipe-butt welding of thin wall stainless steel pipes” Ogawa, Koichi
Suga, Yasuo. Một hệ thống robot tự hành di động được dùng để hàn các ống dẫn.
Robot này có khả năng di chuyển dọc theo ống dẫn và sử dụng cảm biến thị giác để
phát hiện những nơi cần hàn.
+ “Recognition and automatic tracking of weld line in welding of T-joint of
pipes by an autonomous moblie robot with vision sensor” Ogawa, Koichi Suga,
Yasuo. Nhận dạng và hàn đường thằng trong đường ống bằng robot tự hành với
cảm biến thị giác.
+ “ Intelligent welding robot system” alzamora G, Ikeya H, Kaneko Y,
Ohshima K, Chen Q. Hệ thống robot hàn thơng minh.

GVHD: PGS.TS LÊ HỒI QUỐC

HVTH: LÊ CÔNG DANH

Chương 1: Tổng quan về nền công nghiệp hàn
Trang 6
+ “Ship building with rower” – P. Gonzalez De Santos, M. A. Armada, and
M. Q. Jimenez. Robot chuyên dùng để hàn trong cơng nghiệp tàu thủy.

Hình 1.1: Robot hàn của hãng ABB

Hình 1.2: Robot hàn của hãng ABB đang hàn xe hơi

GVHD: PGS.TS LÊ HỒI QUỐC

HVTH: LÊ CƠNG DANH


Chương 1: Tổng quan về nền cơng nghiệp hàn
Trang 7

Hình 1.3: Robot mang đầu hàn bấm của hãng Motoman

Hình 1.4: Robot hàn tự hành của hãng Ishimatsu

GVHD: PGS.TS LÊ HOÀI QUỐC

HVTH: LÊ CÔNG DANH


Chương 1: Tổng quan về nền cơng nghiệp hàn
Trang 8

Hình 1.5: Robot hàn tự hành của hãng Bug-O

1.3.2

Trong nước:
Trước nhu cầu sản xuất công nghiệp trong nước và nhằm nghiên cứu chế tạo

các mẫu robot thay thế ngoại nhập, gần đây một số đơn vị trong nước đã nghiên cứu
và ứng dụng khá thành cơng các mẫu robot sau:
-

Bộ điều khiển Digital áp dụng cho robot dạng SCARA 4 trục do Viện
Cơ Học Ứng Dụng TP. HCM thực hiện.

-

Mẫu robot di động hoạt động trong môi trường cháy nổ, mẫu robot MSR
50 bốc dỡ và vận chuyển vật liệu rời của Viện Điện tử, tin học và Tự
động hoá (Vielina)

-

Robot lấy đóa CD trên máy ép nhựa, xưởng sản xuất của Nhà máy Z
755 do khoa Cơ khí, Đại học Bách khoa Tp.HCM chế tạo

GVHD: PGS.TS LÊ HOÀI QUỐC

HVTH: LÊ CÔNG DANH

Chương 1: Tổng quan về nền công nghiệp hàn
Trang 9
-

Một số mẫu robot của Đại học Bách khoa Hà Nội: Robot 6 bậc tự do
RBP-4102, robot SCA mini.

-

Mẫu robot gấp sản phẩm phơi chai nhựa PET của khoa cơ khí, Đại học
Bách khoa TP. HCM chế tạo cho cty Bảo Vân.

-

Robot cấp phôi con giống bằng sứ từ lò nung cho thiết bị sản xuất bi
thủy tinh của Công ty KIM TRÚC – Khu công nghiệp Tân Bình, TP.
HCM

Một số tài liệu và đề tài nghiên cứu về robot phục vụ các cho công nghiệp
hàn, chẳng hạn như:
-

“Nghiên cứu, thiết kế chế tạo robot phục vụ các quá trình sản xuất trong
các điều kiện độc hại và khơng an tồn” - Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Lê
Hoài Quốc, 2004. Trong đó có 5 hạng mục phần cứng:
+ Robot vạn năng cấp phôi cho máy tôi cao tần
+ Robot hàn
+ Robot Crane
+ Tay máy phục vụ trong dây chuyền sản xuất đạn, thuốc nổ
+ Tay máy gắp sản phẩm nhựa (theo phương ngang và theo phương

đứng)
Một số hình ảnh về kết quả của đề tài:

GVHD: PGS.TS LÊ HỒI QUỐC

HVTH: LÊ CƠNG DANH


Chương 1: Tổng quan về nền cơng nghiệp hàn
Trang 10

Hình 1.6: Robot vạn năng cấp phôi cho máy tôi cao tần

Hình 1.7: Robot hàn

GVHD: PGS.TS LÊ HỒI QUỐC

HVTH: LÊ CƠNG DANH


Chương 1: Tổng quan về nền cơng nghiệp hàn
Trang 11

Hình 1.8: Robot Crane

Hình 1.9: Tay máy phục vụ trong dây chuyền sản xuất thuốc nổ

GVHD: PGS.TS LÊ HOÀI QUỐC

HVTH: LÊ CÔNG DANH

Chương 1: Tổng quan về nền cơng nghiệp hàn
Trang 12

Hình 1.10: Tay máy gắp sản phẩm nhựa
-

“Điều khiển robot hàn khi gia công các quĩ đạo phức hợp” - Trần Vệ
Quốc, Phạm Thành Long.

-

“Điều khiển chuyển động robot hàn theo quĩ đạo định trước” - Nguyễn
Thiện Phúc, Tuyển tập công trình khoa học hội nghị cơ học tồn quốc lần
thứ VI, V.2, tr.109-113, 1997.

-

“Thiết kế và chế tạo robot di động chuyên dùng hàn đường thẳng, hàn
góc trong mặt phẳng” – PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến, Sở KHCN Tp.HCM
2006

-

“Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mơ hình robot hàn tự hành chuyên dùng
hàn các đường cong phẳng trong mặt phẳng ngang” – Huỳnh Lê Minh,
Luận văn cao học Ngành Chế tạo máy K2004.
Một số kết quả đạt được của luận văn:
+ Chế tạo và chạy thử mơ hình robot hàn tự hành chạy bằng bánh xe

hàn các đường cong phẳng trong mặt phẳng nằm ngang
+ Xây dựng được phương pháp nhận biết đường hàn
+ Đường hàn tương đối thẳng đều

GVHD: PGS.TS LÊ HỒI QUỐC

HVTH: LÊ CƠNG DANH


Chương 1: Tổng quan về nền công nghiệp hàn
Trang 13
+ Kích thước gọn nhẹ, dễ vận chuyển
+ Giá thành tương đối rẻ so với robot nhập ngoại
Các vấn đề còn hạn chế của đề tài luận văn trên:
+ Robot di chuyển bằng bánh xe tiếp xúc trực tiếp với sàn nên khó
cân chỉnh và đảm bảo phương di chuyển sẽ thẳng
+ Phương di chuyển sẽ phụ thuộc rất nhiều vào bề mặt sàn
+ Cảm biến khó điều chỉnh và giá thành còn cao
+ Độ ổn định về mặt điều khiển còn thấp do sử dụng vi điều khiển thế
hệ cũ
+ Khơng có chế độ “Dry Run” chun dùng để hàn các đường thẳng
+ Các module trượt khơng có bộ phận che chắn nên giảm tuổi thọ khi
làm việc trong môi trường cơng nghiệp
Một số hình ảnh:

Hình 1.11: Sản phẩm robot hàn trong mặt phẳng ngang của đề tài luận văn
đang hàn thử nghiệm trên sàn bằng tole
GVHD: PGS.TS LÊ HOÀI QUỐC

HVTH: LÊ CÔNG DANH

Chương 1: Tổng quan về nền cơng nghiệp hàn
Trang 14

Hình 1.12: Sản phẩm robot hàn trong mặt phẳng ngang của đề tài luận văn
đang hàn thử nghiệm trên sàn gạch bông

Bên cạnh các mẫu robot tĩnh tại được sử dung trong sản xuất công nghiệp,
trong thời gian gần đây, việc nghiên cứu và ứng dụng robot di động trong sản xuất
công nghiệp ngày càng phát triển. Robot di động được trang bị các thiết bị nhận
dạng âm thanh, hình ảnh, khoảng cách,… và đòi hỏi phải dùng các phương pháp
điều khiển tinh vi hơn. Những vấn đề nghiên cứu trên robot di động đem lại nhiều
kết quả khả quan trong việc ứng dụng vào cơng nghiệp, an ninh quốc phịng…
những robot cứu hộ của Viện Điện tử, tin học và tự động hóa (Vielina), robot quay
phim của Đại học Báck khoa TP.HCM…
Tuy nhiên, cho đến nay đa số các nghiên cứu về robot hàn chỉ đứng ở kết quả
nghiên cứu trong phịng thí nghiêm vì việc đưa sản phẩm vào ứng dụng trong thực
tế gặp nhiều vấn đề như thiết bị đắt tiền, duy tu, bảo trì các cảm biến khó khăn,…
Ngun nhân chính của những khó khăn trên là cảm biến dùng để dò đường hàn.
Các cảm biến dùng dò trực tiếp đường hàn như: laser beam, camera đặc biệt, cảm
biến siêu âm độ chính xác cao,… có giá thành rất cao.

GVHD: PGS.TS LÊ HỒI QUỐC

HVTH: LÊ CƠNG DANH