vi MC LC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách các hình x Danh sách các bảng xvi CHƯƠNG 1. TNG QUAN V LƾNH ROBOT HÀN 1.1. S LC V LCH S PHÁT TRIN CA NGÀNH HÀN. 1 1.2. ROBOT HÀN. 3 1.2.1. ng dụng của robot hàn trong sản xuất 3 1.2.2. Các dạng Robot hàn 5 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CU. 8 1.4. MC TIÊU NGHIÊN CU VÀ GII HN CA Đ TÀI 25 1.4.1. Mục tiêu nghiên cứu 25 1.4.2. Giới hạn của đề tài 26 CHƯƠNG 2. HÀN T ĐNG DƯI LP THUC 27 2.1. LÝ THUYT C BN V CÔNG NGH HÀN 27 2.1.1. Sự tạo thành mối hàn 27 2.1.2. Tổ chức kim loại của mối hàn 30 2.2. KHÁI NIM 31 2.3. THIT B HÀN T ĐNG DI LP THUC 32 2.4. VT LIU HÀN 35 2.4.1. Dây hàn 35 2.4.2. Thuốc hàn 36 2.5. K THUT HÀN 37 vii 2.5.1. Mồi hồ quang 37 2.5.2. Ngắt hồ quang 39 2.5.3. Kỹ thuật lót 39 2.5.4. Hàn giáp mối 41 2.6. HÌNH DNG VÀ KÍCH THC MI HÀN 44 2.6.1. nh hưởng của chế độ hàn 44 2.6.2. nh hưởng của các yếu tố công nghệ 47 2.6.3. nh hưởng của các yếu tố kết cấu 51 CHƯƠNG 3. CU TRÚC PHN CNG CA ROBOT 53 3.1. CU TRÚC PHN CNG CA ROBOT HÀN T HÀNH 53 3.1.1. Dạng 1: Robot hàn tự hành dùng để hàn góc không có bộ phận tạo quỹ đạo công nghệ hàn 53 3.1.2. Dạng 2: Robot hàn tự hành dùng để hàn phẳng hay hàn góc 53 3.1.3. Dạng thứ 3: Robot hàn tự hành dùng để hàn phẳng hay hàn góc có ray dẫn hướng 54 3.2. LA CHN PHNG ÁN B TRÍ KHÔNG GIAN CHO ROBOT 55 3.2.1. Phương án 1 55 3.2.2. Phương án 2 56 3.2.3. Phương án 3 57 3.2.4. Phương án 4 58 3.2.5. Phương án 5 58 3.2.6. Lựa chọn phương án phù hợp nhất 59 3.3. CU TRÚC PHN CNG CA ROBOT 60 3.3.1. Module ray dẫn hướng 61 3.3.2. Thân robot `63 3.3.3. Module trượt gắn cảm biến dò đường hàn 64 3.3.4. Module trượt gắn đầu hàn 75 3.4. QU ĐO CÔNG NGH HÀN 79 3.4.1. Các dạng quỹ đạo công nghệ hàn 79 viii 3.4.2. Các phương pháp tạo ra quỹ đạo chuyển động công nghệ hàn 80 3.4.3. Giải pháp tạo quỹ đạo công nghệ hàn cho robot 82 CHƯƠNG 4. THUT TOÁN ĐIU KHIN ĐU HÀN 82 4.1. PHÂN TÍCH CÁC PHNG PHÁP NHN BIT ĐNG HÀN  CÁC Đ TÀI TRC 85 4.1.1. Nhận biết bằng phương pháp dò theo vách đứng khi hàn góc: 85 4.1.2. Tạo vết dẫn đường để điều khiển đường đi của robot theo đường hàn: 86 4.1.3. Lấy mẫu điểm trên đường hàn với công cụ lập trình Teach Pendant: 87 4.1.4. Nhận biết các điểm mép của đường hàn dùng cảm biến quang: 89 4.2. PHNG PHÁP NHN BIT MÉP HÀN 90 4.2.1. Phân tích cấu tạo đường hàn 90 4.2.2. Các phương án nhận biết các điểm mép đường hàn 92 4.3. CÁC PHNG ÁN NHN BIT ĐNG HÀN 95 4.3.1. Các phương án 95 4.3.2. Lựa chọn phương án tối ưu 103 4.3. THUT TOÁN ĐIU KHIN ĐU HÀN 104 CHƯƠNG 5. B ĐIU KHIN CA ROBOT 110 5.1. S Đ KHI ĐIU KHIN ROBOT 110 5.1.1. DC Motor 110 5.1.2. Mạch công suất H – Bridge 112 5.1.3. Bộ điều khiển PID tốc độ, vị trí cho DC motor 114 5.1.4. Cảm biến quang E3X-DA-S 120 5.1.6. Vi điều khiển ATmega128 123 5.2. MCH ĐIN ĐIU KHIN ROBOT 124 CHƯƠNG 6. TH NGHIM VÀ ĐÁNH GIÁ KT QU 128 6.1. TH NGHIM 128 6.2. ĐÁNH GIÁ KT QU 131 ix CHƯƠNG 7. KT LUN 132 7.1. TÓM TT 132 7.2. NHNG CÔNG VIC ĐÃ THC HIN ĐC 132 7.3. NHNG HN CH VÀ HNG PHÁT TRIN CA Đ TÀI 132 PH LC 134 TÀI LIU THAM KHO 157 x DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1. Các phương pháp hàn 2 Hình 1.2. Robot hàn điểm trong nhà máy sản xuất xe hơi 4 Hình 1.3. Hệ thống robot hàn đường của hãng FANUC 4 Hình 1.4. Tay máy 6 bậc tự do 5 Hình 1.5. Đầu hàn MIG/MAG có ly hợp chống va đập 6 Hình 1.6. Robot hàn với ray trượt nằm ngang 6 Hình 1.7. Robot hàn với ray trượt trên trần và trên vách 7 Hình 1.8. Robot hàn ray trượt đứng và ray trượt cong của hãng Bug-O 7 Hình 1.9. Robot hàn tự hành hoàn toàn tự động 8 Hình 1.10. Robot hàn của hãng ABB 8 Hình 1.11. Robot hàn tự hành của hãng Ishimatsu 9 Hình 1.12. Robot hàn cắt tự hành của hãng Bug-O 9 Hình 1.13. Các đơn vị chính của hệ thống hàn đa cảm biến 10 Hình 1.14. Cấu hình của bộ điều khiển nhúng cho các robot hàn di động 'RRX3' 11 Hình 1.15. Sơ đồ khối của hệ thống 11 Hình 1.16. Cảm biến thị giác 12 Hình 1.17. Cấu trúc của robot hàn ống của đề tài 13 Hình 1.18. Đường hàn hình chữ nhật (RWL) 14 Hình 1.19. Mô hình nguyên lý của Robot 14 Hình 1.20. Mô hình thực tế của robot 15 Hình 1.21. Mô hình nguyên lý của robot hàn di động dùng để hàn góc 16 Hình 1.22. Mô hình thực tế của robot hàn di động dùng để hàn góc 17 Hình 1.23. Robot gỡ xỉ hàn của đề tài 17 Hình 1.24. Hình ảnh các robot của đề tài 19 Hình 1.25. Sơ đồ cấu trúc của robot hàn 20 Hình 1.26. Nguyên lý hoạt động của robot 21 xi Hình 1.27. Mối tương quan giữa quỹ đạo lấy mẫu và quỹ đạo công nghệ 22 Hình 1.28. Robot han Panasonic AW 7000 22 Hình 1.29. Robot hàn Almega AX-V6 23 Hình 1.30. Sản phẩm robot hàn trong mặt phẳng ngang của đề tài luận văn đang hàn thử nghiệm trên sàn bằng tôn 24 Hình 1.31. Hình ảnh Robot của đề tài 25 Hình 1.32. Giới hạn đường cong hàn của đề tài 26 Hình 2.1. Mối nối hàn 27 Hình 2.2. Bể hàn 28 Hình 2.3. Hình dạng và kích thước của bể hàn 28 Hình 2.4. Tác dụng của lực từ trường ép lên que hàn 29 Hình 2.5. T chức kim loại của mối hàn 30 Hình 2.6. Nguyên lý quá trình hàn hồ quang dưới lớp thuốc 31 Hình 2.7. Các khả năng chuyển động của đầu hàn tự động trên xe tự hành 33 Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý xe hàn vạn năng 34 Hình 2.9. Thiết bị hàn tự động dưới lớp thuốc 35 Hình 2.10. Bột sắt hoặc phoi thép 38 Hình 2.11. Cắt vát đầu dây hàn 39 Hình 2.12. Hàn lót để hàn SAW 40 Hình 2.13. (A) Hàn giáp mối rãnh V, (B) hàn giáp mối vuông 40 Hình 2.14. Lót bằng thuốc hàn 40 Hình 2.15. Lót bằng gốm 41 Hình 2.16. Tấm lót thép để hàn giáp mối tấm mỏng 42 Hình 2.17. Hàn hai phía tấm dày 19 ÷ 25.4mm 42 Hình 2.18. Hàn hai phía tấm dày 32 ÷ 38 mm 43 Hình 2.19. Các kích thước đặc trưng của mối hàn 44 Hình 2.20. Sự thay đi hình dạng mối hàn theo cường độ dòng điện hàn 45 Hình 2.21. Sự thay đi hình dạng mối hàn và mức tiêu thụ thuốc hàn theo điện áp hàn 46 xii Hình 2.22. Sự thay đi hình dạng mối hàn theo tiết diện điện cực 46 Hình 2.23. nh hưởng của tốc độ hàn 47 Hình 2.24. Góc nghiêng dây hàn và ảnh hưởng của góc nghiêng về phía trước lên hình dạng mối hàn 48 Hình 2.25. Góc nghiêng vật hàn và hình dạng mối hàn 49 Hình 2.26. Vị trí dây hàn khi hàn các mối hàn vòng đường kính nhỏ và cường độ dòng điện hàn tối đa 50 Hình 2.27. nh hưởng cực tính dòng hàn 50 Hình 2.28. Độ nhú điện cực 51 Hình 2.29. nh hưởng của góc rãnh hàn và khe đáy lên hình dạng mối hàn 51 Hình 3.1. Robot hàn góc của hãng Koile (Nhật) 53 Hình 3.2. Robot hàn tự hành dùng hàn phẳng và góc của Bug-O 54 Hình 3.3. Robot hàn tự hành dùng hàn đứng của Bug-O 55 Hình 3.4. Phương án 1 56 Hình 3.5. Phương án 2 57 Hình 3.6. Phương án 3 57 Hình 3.7. Phương án 4 58 Hình 3.8. Phương án 5 59 Hình 3.9. Phương án truyền động của robot 60 Hình 3.10. Mô hình tng thể của robot 61 Hình 3.11. Mô hình 3D của thanh trượt bi dùng làm ray dẫn hướng 62 Hình 3.12. Các hình chiếu của thanh trượt và con trượt 62 Hình 3.13. Gắn 2 thanh trượt và thanh răng trên khung gá 63 Hình 3.14. Kích thước khung gá 63 Hình 3.15. Thân robot 64 Hình 3.16. Chuyển động song phẳng 64 Hình 3.17. Mô hình bài toán chuyển động song phẳng 65 Hình 3.18. Xác định tâm quay tức thời 66 xiii Hình 3.19. Puly 3 tầng 68 Hình 3.20. Nguyên tắc thay đi tâm quay tức thời 69 Hình 3.21. Sơ đồ hoạt động của cơ cấu 69 Hình 3.22. Mô hình cơ cấu đảo chiều bằng thay đi tâm quay tức thời 70 Hình 3.23. Module trượt gắn cảm biến dò đường hàn 71 Hình 3.24. Bộ vitme – đai ốc bi 71 Hình 3.25.  bi đỡ 72 Hình 3.26. Khớp nối trục 73 Hình 3.27. Module trượt gắn lên thân robot 74 Hình 3.28. Hình ảnh thực tế của module trượt 74 Hình 3.29. Mô hình 3D của module 75 Hình 3.30. Thanh trượt bi gắn đầu hàn 76 Hình 3.31. Bộ điều chỉnh cao độ của đầu hàn 76 Hình 3.32. Module trượt gắn đầu hàn lắp lên thân robot 77 Hình 3.33. Module trượt gắn đầu hàn 77 Hình 3.34. Hình ảnh thực tế của module trượt gắn đầu hàn MIG 78 Hình 3.35. Kết cấu thiết kế hoàn chỉnh của robot 78 Hình 3.36. Kết cấu hoàn chỉnh thực tế của robot 79 Hình 3.37. Các dạng quỹ đạo công nghệ hàn 79 Hình 3.38. Các dạng quỹ đạo công nghệ hàn khác 80 Hình 3.39. Phương pháp gắn cơ cấu phụ tạo quỹ đạo công nghệ hàn 80 Hình 3.40. Robot hàn có gắn bộ phận tạo qũy đạo công nghệ của Bug-O 81 Hình 3.41. Qũy đạo công nghệ hàn được tạo ra do kết hợp chuyển động của các khớp 82 Hình 3.42. Tạo quỹ đạo zigzag bằng cách phối hợp các chuyển động của robot 83 Hình 3.43. Tạo quỹ đạo zigzag bằng cách lắc đuốc hàn 83 Hình 3.44. Tạo quỹ đạo zigzag bằng nguyên lý tay quay con trượt 84 Hình 4.1. Mô hình thực tế của robot hàn di động dùng để hàn góc 85 Hình 4.2. Sơ đồ cấu trúc của robot hàn 86 xiv Hình 4.3. Nguyên lý hoạt động của robot 87 Hình 4.4. Teach pendant của hai công ty Kawasaki và Panasonic - Nhật Bản 88 Hình 4.5. Mối tương quan giữa quỹ đạo lấy mẫu và quỹ đạo công nghệ 88 Hình 4.6. Robot han Panasonic AW 7000 89 Hình 4.7. Sản phẩm robot hàn trong mặt phẳng ngang của đề tài luận văn đang hàn thử nghiệm trên sàn bằng tôn 89 Hình 4.8. Hình ảnh Robot của đề tài 90 Hình 4.9. Mặt cắt của đường hàn vát mép chữ V 91 Hình 4.10. Đường hàn không vát mép 91 Hình 4.11. Đường hàn không vát mép 91 Hình 4.12. PA1 – Đầu dò di chuyển qua phải 92 Hình 4.13. PA1 – Đầu dò di chuyển qua trái 93 Hình 4.14. PA2 – Đầu dò di chuyển qua trái 94 Hình 4.15. PA2 – Đầu dò di chuyển qua phải 94 Hình 4.16. Nguyên lý dò đối với đường hàn không vát mép 95 Hình 4.17. Phương án 1 95 Hình 4.18. Quỹ đạo gấp khúc ở PA 1 của đầu hàn 96 Hình 4.19. Phương án 2 97 Hình 4.20. Quỹ đạo gấp khúc ở PA 2 của đầu hàn 98 Hình 4.21. Phương án 3 98 Hình 4.22. Chuyển động của đầu dò ở PA 3 99 Hình 4.23. Quỹ đạo gấp khúc ở PA3 của đầu hàn 99 Hình 4.24. Phương án 4 100 Hình 4.25. Chuyển động của đầu dò ở PA 4 100 Hình 4.26. Quỹ đạo gấp khúc ở PA 4 của đầu hàn 101 Hình 4.27. Quỹ đạo gấp khúc ở PA 5 của đầu hàn 102 Hình 4.28. Quỹ đạo gấp khúc ở PA 6 của đầu hàn 102 Hình 4.29. Vị trí Home 105 Hình 4.30. Tọa độ các đỉnh gấp khúc của đầu hàn 105 xv Hình 4.31. Lưu đồ giải thuật điều khiển với các phương án 1, 2, 3 và 4 107 Hình 4.32. Lưu đồ giải thuật điều khiển với các phương án 5 và 6 108 Hình 4.33. Sơ đồ khối điều khiển động cơ 109 Hình 5.1. Sơ đồ khối điều khiển robot 110 Hình 5.2. Động cơ DC Motor TS 198 110 Hình 5.3. Mạch công suất H – Bridge 113 Hình 5.4. Hình ảnh board mạch thực tế 113 Hình 5.5. Board mạch gắn trên thanh nhôm rail 114 Hình 5.6. Module PID điều khiển tốc độ, vị trí 115 Hình 5.7. Sơ đồ khối PID 115 Hình 5.8. Sơ đồ khối của LM629 117 Hình 5.9. Biên dạng vận tốc 117 Hình 5.10. Mạch công suất LMD18200 119 Hình 5.11. Board điều khiển PID 119 Hình 5.12. Cảm biến quang E3X-DA-S 120 Hình 5.13. Sơ đồ đấu dây cho cảm biến quang E3X-DA-S 120 Hình 5.14. Các dòng AVR khác nhau: Tiny, AVR và Mega 123 Hình 5.15. Cấu trúc của Vi điều khiển AVR 123 Hình 5.16. Sơ đồ nguyên lý điều khiển robot 125 Hình 5.17. Sơ đồ mạch điện điều khiển robot 126 Hình 5.18. Tủ điện điều khiển robot 127 Hình 5.19. Các thiết bị giao tiếp của bộ điều khiển 127 Hình 6.1. Máy hàn MIG để hàn thử nghiệm 128 Hình 6.2. Chuẩn bị mép hàn cho hàn thử nghiệm 128 Hình 6.3. Mối hàn của mẫu thử nghiệm thứ nhất 129 Hình 6.4. Cảm biến đang dò tìm rãnh hàn ở mẫu thử thứ 2 129 Hình 6.5. Màn hình LCD hiển thị các điểm mép hàn mà cảm biến dò tìm được ở mẫu thử thứ 2 130 Hình 6.6. Mối hàn của mẫu thử nghiệm thứ 2 130 [...]... Công Danh, Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình robot hàn tự vận hành chuyên dùng hàn ghép mí các đường cong phẳng trong mặt phẳng đứng, Luận văn cao học chế tạo máy, Đại Học Bách Khoa TP HCM, 2008 Một số kết quả đạt được của luận văn: + Thiết kế, chế tạo mô hình robot hàn tự hành để hàn các đường cong phẳng trong mặt phẳng thẳng đứng + Thiết kế, chế tạo ray dẫn hướng giúp robot bám và di chuyển... của Robot + Check chương trình đã Upload trên Robot trước khi hàn + Thực hiện hàn thực tế - Huỳnh Lê Minh, Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình robot hàn tự hành chuyên dùng hàn các đường cong phẳng trong mặt phẳng ngang, Luận văn Cao học ngành Chế tạo máy, Đại Học Bách Khoa TP HCM, 2004 Một số kết quả đạt được của luận văn: + Chế tạo và chạy thử mô hình robot hàn tự hành chạy bằng bánh xe hàn các... 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 là: hàn hồ quang tay, hàn bán tự động và tự động dưới lớp thuốc (Submerged Arc Welding - SAW), hàn bán tự động trong môi 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... Robot hàn tự hành hoàn toàn tự động 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN C U: Nhi u công ty hàng đ u th gi i nh : ABB, FANUC, PANASONIC, KAWASAKI, KUKA MOTOMAN, …đã ch t o các thi t bị hàn t bán t đ ng đ n t đ ng các robot hàn và tri n khai ng d ng robot hàn trong công nghi p: Hình 1.10 Robot hàn của hãng ABB HVTH: PHẠM MẠNH TRƯỜNG Trang 8 Ch ng 1: T ng quan v n n Robot hàn GVHD: TS LÊ CHÍ CƯƠNG  Hình 1.11 Robot hàn. .. để gỡ xỉ hàn tự động Hệ thống bao gồm một robot di động 3 bánh xe và một dụng cụ để gỡ xỉ hàn (đĩa dỡ xỉ hàn) Robot di động được điều khiển bằng bộ điều khiển đơn giản dựa trên tiêu chuẩn ổn định Lyapunov Hình 1.23 Robot gỡ xỉ hàn của đề tài HVTH: PHẠM MẠNH TRƯỜNG Trang 17 Ch ng 1: T ng quan v n n Robot hàn GVHD: TS LÊ CHÍ CƯƠNG  - PGS TS Lê Hoài Quốc và đồng sự, Nghiên cứu, thiết kế chế tạo robot phục... + Robot nhỏ gọn và dễ di chuyển + Xây dựng, đưa ra giải pháp nhận dạng quỹ đạo đường hàn cho trước + Thiết kế, chế tạo cụm quỹ đạo tạo công nghệ hàn + Đánh giá kết quả thực nghiệm trên sản phẩm thật + Có chế độ “Dry run” dùng để hàn các đường thẳng Một số hạn chế của đề tài: + Nam châm gắn trên ray còn yếu, chưa đáp ứng được yêu cầu HVTH: PHẠM MẠNH TRƯỜNG Trang 24 Ch ng 1: T ng quan v n n Robot hàn. .. 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 phương đứng) Trong đó, robot hàn có trọng lượng khoảng 300 kg, được dùng để hàn hồ quang, cắt kim loại bằng gas, plasma, phun phủ Đầu hàn được lắp trên robot và được điều khiển tự động theo yêu cầu của mối hàn Robot hàn. .. Á Sau đó, công nghệ hàn tự động với robot được áp dụng trong các ngành đóng tàu biển, chế tạo máy ng dụng chủ yếu của robot công nghiệp là hàn và lắp ráp Gần 25% robot công nghiệp là robot hàn Các robot lắp ráp chiếm 33% dân số robot trên thế giới, có mặt nhiều nhất trong các nhà máy sản xuất xe hơi và đồ điện tử Trong các nhà máy sản xuất xe hơi thì hàn điểm là công việc sử dụng robot nhiều nhất: Mỗi... cần thiết cho chuyển dịch theo phương X của bàn trượt mang đầu hàn HVTH: PHẠM MẠNH TRƯỜNG Trang 20 Ch ng 1: T ng quan v n n Robot hàn GVHD: TS LÊ CHÍ CƯƠNG  a) b) Hình 1.26 Nguyên lý hoạt động của robot a) Sơ đồ bố trí robot hàn trên thân tàu; 1 - Đường hàn; 2 Thân tàu; 3 Robot hàn; 4 Đường ray; 5 Đường dẫn song song với đường hàn; 6 Nam châm vĩnh cửu; 7 Đầu hàn; 8.Tời kéo; b) Sơ đồ bố trí cảm biến nhận. .. chi phí hàn trong khi chất lượng mối hàn lại tăng Đây cũng chính là mục tiêu của luận văn 1.2.2 Các d ng Robot hàn: Trong ngành công nghiệp sản xuất chế tạo, tuỳ vào đặc thù của từng lĩnh vực và từng loại sản phẩm mà ta sử dụng các dạng robot khác nhau đây, có thể chia làm 2 dạng robot hàn: 1 D ng tay máy công nghi p: Các robot hàn chủ yếu có dạng cánh tay, có khớp tịnh tiến hoặc xoay Loại robot tọa . CNG CA ROBOT HÀN T HÀNH 53 3.1.1. Dạng 1: Robot hàn tự hành dùng để hàn góc không có bộ phận tạo quỹ đạo công nghệ hàn 53 3.1.2. Dạng 2: Robot hàn tự hành dùng để hàn phẳng hay hàn góc 53. rãnh hàn và khe đáy lên hình dạng mối hàn 51 Hình 3.1. Robot hàn góc của hãng Koile (Nhật) 53 Hình 3.2. Robot hàn tự hành dùng hàn phẳng và góc của Bug-O 54 Hình 3.3. Robot hàn tự hành dùng hàn. 1.9. Robot hàn tự hành hoàn toàn tự động 8 Hình 1.10. Robot hàn của hãng ABB 8 Hình 1.11. Robot hàn tự hành của hãng Ishimatsu 9 Hình 1.12. Robot hàn cắt tự hành của hãng Bug-O 9 Hình 1.13.