Điều khiển và ứng dụng kỹ thuật thủy khí trong điều khiển robot công nghiệp

- 1Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội Hà quyết tiến Điều khiển và ứng dụng kỹ thuật thủy khí trong điều khiển robot công nghiệp Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: chế tạo máy Hà nội – 2012 2Lời cam đoan Tôi cam đoan đây là công trình khoa học của tôi.
- Ban lãnh đạo khoa Cơ Khí – Vũ khí Trường Cao đẳng Công nghiệp Quốc Phòng đã giúp đỡ tác giả thực hiện thí nghiệm tại trung tâm công nghệ cao của trường.
- Sự khác nhau giữa cơ cấu kẹp điện - Từ và khí nén 35 2 2.1 Bảng 1.2: Công thức tính toán lực tại các điểm tiếp xúc mỏ kẹp và đối tượng 39 3 3.1 Bảng 1.3.
- Công thức tính toán lực tại các điểm tiếp xúc mỏ kẹp và đối tượng 40 4 3.2 Bảng 1.4: Công thức tính ứng suất tiếp xúc 42 5 3.3 Bảng 2.1 Thông tin chi tiết của Gripper chuyển động kép 57 6 Bảng 2.2 Thông tin chi tiết về loại Gripper Miniature Micro-Parallel 58 7 Bảng 2.3 Thông tin chi tiết của Gripper song song siêu nhẹ 58 8 Bảng 2.4 Thông tin chi tiết của Gripper song song dãnh dẫn hướng T 59 9 Bảng 2.5 Thông tin chi tiết của Gripper khí nén hàm song song 59 10 Bảng 2.6 Thông tin chi tiết của Gripper khí nén hàm song song một hàm cố định 60 11 Bảng 3.1.
- Các chi tiết cơ khí dùng chế tạo gripper 82 13 Bảng 3.2.
- Robot khí nén dùng trong y học 14 Hình 1.3.
- Cánh tay khí nén ứng dụng trong y học 14 Hình 1.4.
- Cánh tay robot khí nén 15 Hình 1.8.
- Tay máy gắp sản phẩm bằng khí nén 27 Hình 1.9.
- Tay gắp sản phẩm điều khiển bằng khí nén 29 Hình 1.10 kết cấu của tay kẹp cơ khí không có điều khiển.
- 31 Hình 1.12.
- Tay kẹp cơ khí có cơ cấu hãm 32 Hình 1.11.
- Tay kẹp cơ khí có cơ cấu hãm 32 Hình 1.13.
- Tay kẹp cơ khí có cơ cấu hãm 33 Hình 1.14.
- 33 Hình 1.15.
- Tay kẹp có truyền động khí nén 34 Hình 1.16.
- Tay kẹp có truyền động thanh răng 35 Hình 1.17.
- tay kẹp điện từ “b” 36 Hình 1.18.
- Sơ đồ tay kẹp dùng buồng đàn hồi 36 Hình 1.20.
- Sơ đồ tay kẹp thích nghi 38 Hình 1.21.
- Mạch điều khiển trực tiếp 47 Hình 1.22.
- Mach điều khiển gián tiếp xy - lanh tác dụng kép 47 Hình 1.23.
- Mạch điều khiển tùy động theo thời gian 48 Hình 1.24.
- Điều khiển vận tốc bằng van tiết lưu một chiều 48 Hình 1.25.
- Điều khiển vận tốc bằng van thoát nhanh 49 Hình 1.26.
- Điều khiển tùy động theo hành trình với 1 xy lanh 49 Hình 1.27.
- Gripper hai hàm cam quay 51 Hình 1.28.
- Hệ thống khí nén ứng dụng trên máy CNC 53 Hình 1.29.
- Hệ thống khí nén sử dụng trong máy cắt tấm gỗ 54 Hình 1.30.
- Robot khí nén dùng vận chuyển ống nước 55 Hình 1.31.
- Chuyển động gripper kép 57 Hình 1.32.
- Gripper Micro Miniature Gripper-Parallel 57 Hình 1.33.
- Gripper song song siêu nhẹ 58 Hình 1.34.
- Gripper song song dãnh dẫn hướng T 59 Hình 1.35.
- Gripper khí nén hàm song song 59 Hình 1.36.
- Gripper khí nén song song một hàm cố định 60 Hình 2.1.
- Mạch kết nối gripper khí nén hàm song song 62 Hình 2.2.
- Bộ lọc khí hai buồng và đồng hồ đo áp 70 Hình 2.10.
- Van điện từ 5/2 70 7Mở đầu Con người từ lâu đã muốn chế tạo một cỗ máy có thể bắt chước kỹ năng lao động của con người, có thể làm thay con người trong những công việc nặng nhọc và nguy hiểm.
- Robot là đối tượng được con người gửi gắm nhiều tri thức về y khoa, cơ khí, điện - điện tử, công nghệ thông tin và điều khiển học.
- Vào những năm 1980, kỹ thuật điều khiển số và tự động hóa làm cho các thiết bị điều khiển nhiều trục như robot và máy CNC có sự chuyển biến đáng kể về mặt công nghệ.
- Những năm gần đây các thành tựu về cơ tin - điện tử, các hệ chuyên gia, mạng nouron và công nghệ nano, làm cho lĩnh vực robot có một bước tiến dài, mở rộng phạm vi ứng dụng ra nhiều mặt và trở thành một chuyên ngành hấp dẫn nhất của kỹ thuật.
- Ngành công nghiệp thế giới đã trải qua nhiều cuộc cách mạng trong quá khứ, một trong những cuộc cách mạng mà chúng ta phải kể tới đó là cách mạng công nghệ làm thay đổi cả thế giới chúng ta đang sống.
- Vì mục đích đó ngày càng nhiều nước có nhu cầu sử dụng robot thay thế lao động cơ bắp.
- Mặc dù robot và robot công nghiệp đã và đang được sử dụng rộng rãi song bản thân là giao thoa của nhiều lĩnh vực kỹ thuật mũi nhọn, không ngừng phát triển nên luôn có những giới hạn bị đẩy lên cao hơn.
- Đây là một vấn đề vô cùng quan trọng, nó đòi hỏi độ tin cậy cao và mang tính công nghệ trong quá trình sản xuất công nghiệp hiện đại.
- Ngoài nguyên nhân về đầu tư ban đầu lớn, thì một trong những nguyên nhân khác là lĩnh vực khoa học Robotics chưa được quan tâm đúng mức trong nước, khiến cho việc ứng dụng robot vào các lĩnh vực trong nước còn hạn.
- Các thông số điều khiển robot như quỹ đạo, vận tốc, gia tốc, lực.
- Nhằm đáp ứng một phần nhu cầu trên, đề tài tập trung nghiên cứu giải quyết vấn đề: “ứng dụng khí nén trong điều khiển Gripper kẹp song song” 2.
- ứng dụng khí nén vào điều khiển tay kẹp (Gripper) của robot công nghiệp.
- Trọng tâm của đề tài là: “Thiết kế, chế tạo thử nghiệm gripper khí nén cho robot công nghiệp”.
- Phương pháp nghiên cứu.
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là ứng dụng khí nén trong điều khiển gripper của robot.
- Tập trung vào thiết kế, chế tạo thử nghiệm cơ cấu kẹp bao gồm: Lực kẹp, độ cứng vững, tính linh động của cơ cấu kẹp.
- 9Xác định các thông số này phục vụ việc điều khiển cơ cấu kẹp cho an toàn và hiệu quả nhất.
- Các thông số này được xác định qua mô hình toán, sau đó chế tạo thử nghiệm.
- Chương 1: Tổng quan về robot công nghiệp và ứng dụng khí nén trong điều khiển robot công nghiệp.
- Chương 2: Tính toán, thiết kế gripper khí nén hai hàm song song.
- Chương 3: Chế tạo thử nghiệm.
- Hà Nội, ngày….tháng….năm 2012 Tác giả Hà Quyết Tiến 10Chương 1 Tổng quan về robot công nghiệp và ứng dụng khí nén trong điều khiển robot công nghiệp I.
- Robot công nghiệp 1.1.Sơ lược quá trình phát triển Thuật ngữ robot được sinh ra từ trên sân khấu, không phải trong phân xưởng sản xuất.
- Những robot thực sự có ích được nghiên cứu để đưa vào những ứng dụng trong công nghiệp thực sự lại là những tay máy.
- Vào năm 1948, nhà nghiên cứu Goertz đã nghiên cứu chế tạo loại tay máy đôi điều khiển từ xa đầu tiên, và cùng năm đó hãng General Mills chế tạo tay máy gần tương tự sử dụng cơ cấu tác động là những động cơ điện kết hợp với các cử hành trình.
- Đến năm 1954, Goertz tiếp tục chế tạo một dạng tay máy đôi sử dụng động cơ servo và có thể nhận biết lực tác động lên khâu cuối.
- Sử dụng những thành quả đó, vào năm 1956 hãng General Mills cho ra đời tay máy hoạt động trong công việc khảo sát đáy biển.
- Cũng trong lĩnh vực này, một thành tựu khoa học công nghệ đáng kể đã đạt được vào năm 1970 là xe tự hành thám hiểm bề mặt của mặt trăng Lunokohod 1 được điều khiển từ trái đất.
- Viện nghiên cứu thuộc Trường Đại học Stanford vào năm 1969 đã thiết kế robot Shakey di động tinh vi hơn để thực hiện những thí nghiệm về điều khiển sử dụng hệ thống thu nhận hình ảnh để nhận dạng đối tượng.
- Năm 1952 máy điều khiển chương trình số đầu tiên ra đời tại.
- Trên cơ sở đó năm 1954, George Devol đã 11thiết kế robot lập trình với điều khiển chương trình số đầu tiên nhờ một thiết bị do ông phát minh được gọi là thiết bị chuyển khớp được lập trình.
- Joseph Engelberger, người mà ngày nay thường được gọi là cha đẻ của robot công nghiệp, đã thành lập hãng Unimation sau khi mua bản quyền thiết bị của Devol và sau đó đã phát triển những thế hệ robot điều khiển theo chương trình.
- Năm 1962, robot Unmation đầu tiên được đưa vào sử dụng tại hãng General Motors, và năm 1976 cánh tay robot sử dụng khí nén đầu tiên trong không gian đã được sử dụng trên tàu thám hiểm Viking của cơ quan Không Gian NASA của Hoa Kỳ để lấy mẫu đất trên sao Hoả (hình 1.1).
- Trong hoạt động sản xuất, đa số những robot công nghiệp có hình dạng của “cánh tay cơ khí”, cũng chính vì vậy mà đôi khi ta gặp thuật ngữ người máy - tay máy trong những tài liệu tham khảo và giáo trình về robot.
- Năm 2010 Các kỹ sư tại phòng thí nghiệm Johns Hopkins vừa phát minh ra một loại động cơ bước hoạt động bằng khí nén, được ứng dụng trong các robot y học (hình 1.2 robot khí nén dùng trong y học) giúp lấy sinh thiết của các khối u ung thư và chẩn đoán bằng hình ảnh qua máy MRI (máy chụp cắt lớp cộng hưởng từ).
- Các bánh răng này quay bằng khí nén và được điều khiển hoàn toàn bằng máy tính Chân khí nén 12đặt bên ngoài máy MRI, giúp nó di chuyển khá vững và chính xác hơn so với tay người.
- Robot khí nén dùng trong y học Vào năm 2011 Các nhà khoa học tại Trường ĐH California, Los Angeles (UCLA) đã tạo ra một cánh tay máy khá nhỏ với kích thước chưa tới 1mm, được điều khiển bằng khí nén, hoạt động khá an toàn và hiệu quả trong môi trường sinh học (hình 1.3).
- Cánh tay khí nén ứng dụng trong y học Động cơ khí nén Bộ lọc khí nén 13Đây có thể coi là một bước tiến cho việc mở rộng ứng dụng của robot vào những lĩnh vực mới như những ca vi phẫu thuật trong y học.
- Dụng cụ này đặc biệt an toàn cho các ứng dụng trong lĩnh vực sinh học.
- Nó không dùng động cơ điện để tạo ra chuyển động cho các cơ cấu gắp mà hoạt động bằng khí nén.
- Với hệ thống khí nén này, cánh tay máy có thể hoạt động trong nhiều môi trường khác nhau như khô, ẩm … Cũng trong lĩnh vực này.
- Công ty chế tạo robot Squse giới thiệu bàn tay robot mềm mại có 21 cơ nhân tạo, hoạt động nhờ được cung cấp lực bằng khí nén, có thể co, duỗi từng khớp nối tất cả các ngón của bàn tay (hình 1.4).
- Cánh tay robot khí nén Vì vậy, bàn tay robot có thể cầm nắm chặt các đồ vật giống như bàn tay của con người.
- Tình hình tiếp cận và ứng dụng robot công nghiệp ở việt nam Trong giai đoạn trước năm 1990 trong nước hầu như hoàn toàn chưa du nhập kỹ thuật robot, thậm chí chưa nhận được nhiều thông tin về kỹ thuật về lĩnh vực này.
- Tuy vậy với mục tiêu chủ yếu là tiếp cận kỹ thuật mới mẻ này, trong nước đã triển khai đề tài khoa học cấp nhà nước: Đề tài 58-01-03 trong giai đoạn năm 81-Cánh tay khí nén Cánh tay người 1485 đề tài 52 - B03-01 trong giai đoạn năm 86 -89.
- Kết quả của những đề tài này không những đáp ứng được nhu cầu tiếp cận mà còn có những ứng dụng ban đầu trong kỹ thuật bảo hộ lao động và đào tạo cán bộ kỹ thuật nước ta.
- Giai đoạn tiếp theo từ những năm 1990 các ngành công nghiệp trong nước bắt đầu đổi mới.
- Một sự kiện đáng quan tâm là 4/1998 nhà máy Rorze/robotech đã bước vào hoạt động ở khu công nghiệp Nomura ở Hải Phòng, đây là nhà máy đầu tiên ở việt nam chế tạo và lắp ráp robot.
- Trong những năm gần đây đại học bách khoa hà nội đã chế tạo một số loại robot như robot RP dùng chủ yếu trong lĩnh vực đào tạo, ngày nay RP có 2 mẫu, RPS - 406 dùng để phun men có hệ thống truyền dẫn thủy lực với 5 bậc tự do, RPS - 4102 dùng trong công nghệ bề mặt có 6 bậc tự do có 3 động cơ điện một chiều và 3 động cơ bước.
- Ngoài ra đại học bách khoa còn nghiên cứu robot SCK mi ni do trung tâm nghiên cứu tự động hóa đại học bách khoa hà nội thiết kế, chế tạo cung cấp cho một số trường, chủ yếu dùng để giảng dạy, học tập, nhưng đồng thời có thể sử dụng để lắp ráp hoặc sắp xếp các vật nhỏ dưới 1kg là robot SCK mi ni.
- Ngoài ra trường đại học bách khoa hà nội còn đạt nhiều thành công trong thiết kế chế tạo robot công nghiệp, tất cả những thành công đó đã góp phần đào tạo nhân lực cho quá trình công nghiệp hóa, tự động hóa nước nhà, giảm được kinh phí nhập khẩu robot từ nước ngoài.
- Định nghĩa rôbốt còn được Mikell P.groove, một nhà nghiên cứu rôbôt mở rộng như sau: Rôbốt công nghiệp là những máy hoạt động tự động được điều khiển theo chương trình thể hiện việc thay đổi vị trí của những đối tượng thao tác khác nhau với mục đích tự động hoá các qúa trình sản xuất.
- Có khả năng thay đổi chuyển động.
- Có khả năng thích nghi với môi trường hoạt động.
- Có khả năng hoạt động tương hỗ với đối tượng bên ngoài.
- Còn với giáo sư Mosahiro Mori (viện công nghệ Tokyo) thì rôbôt công nghiệp phải có những đặc điểm sau.
- Ngoài các ý trên, định nghĩa trong ΓOCT còn bổ sung cho rôbôt công nghiệp chức năng điều khiển trong quá trình sản xuất: Rôbôt công nghiệp là máy tự động được đặt cố định hay di động, bao gồm cơ cấu chấp hành dạng tay máy và có một số bậc tự do hoạt động và thiết bị điều khiển chương trình có thể tái lập trình để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất.
- Qua rất nhiều định nghĩa trên thì rôbôt có thể hiểu là những thiết bị tự động linh hoạt bắt trước các chức năng lao động công nghiệp của con người.
- Theo dạng hình học của không gian hoạt động.
- Theo hệ điều khiển.
- Phân loại theo dạng hình học của không gian hoạt động.
- Vùng giới hạn tầm hoạt động của rôbôt được gọi là không gian làm việc

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt