Luận Văn Nghiên cứu, sử dụng cánh tay robot Mitsubishi vào đào tạo kỹ sư cơ điện tử, ĐH Nha Trang

Đồ án tốt nghiệp năm 2011
Đề tài: Nghiên cứu, sử dụng cánh tay robot Mitsubishi vào đào tạo kỹ sư cơ điện tử, ĐH Nha Trang


MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC HÌNH 4
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 7
LỜI CẢM ƠN . 8
LỜI MỞ ĐẦU . 9
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀCÁNH TAY ROBOT , TAY
MÁY CÔNG NGHIỆP. . 10
1.1 . Sơlược quá trình hình thành và phát triển của robot công nghiệp
11
1.2 . Các thông sốvà định nghĩa vềrobot công nghiệp 14
1.2.1. Định nghĩa robot công nghiệp . 14
1.2.2. Các thông sốcơbản của cánh tay robot . 15
1.2.2.1. Bậc tựdo của robot (DOF : Degrees Of Freedom) 15
1.2.2.2. Hệtọa độ(Coordinate frames) . 17
1.2.2.3. Trường công tác của robot(Workspace or Range of motion) . 18
1.2.2.4. Tải trọng . 19
1.2.2.5. Tầm với . 20
1.2.2.6. Độphân giải không gian . 20
1.2.2.7. Độchính xác . 20
1.2.2.8. Độlặp lại . 20
1.2.2.9. Độnhún 20
1.3. Phân loại robot 20
1.3.1. Robot công nghiệp . 20
1.3.2. Robot di động (Mobile Robot) 23
1.4. Một số ứng dụng của cánh tay robot trong cuộc sống hiện nay 24
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁNH TAY ROBOT RV-2AJ CỦA
MITSUBISHI 29
2.1. Cơcấu chấp hành của cánh tay robot RV-2AJ . 30
2.1.1. Thông sốkỹthuật và cấu tạo chung của cánh tay Robot Mitsubishi
RV-2AJ . 30
2.1.2. Thành phần của tay máy 36
2.1.3. Thiết bị điều khiển 39
2.1.4 Đầu vào ra trên Robot . 46
2.1.5 Hướng dẫn lập trình bằng bộTeaching Pendant (T/B) . 47
2.2. Ngôn ngữdùng đểlập trình cho cánh tay robot MELFA-BASIC IV 49
2.2.1. Thiết lập các thông sốgiao tiếp với máy tính 49
2.2.2. Tập lệnh của ngôn ngữMELFA-BASIC IV . 50
2.2.3 Một sốlỗi thường gặp khi giao tiếp với cánh tay robot 53
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÁNH TAY ROBOT RV-2AJ VÀ XỬLÝ ẢNH
ĐỂ PHÁT HIỆN VÀ XỬ LÝ SẢN PHẨM LỖI TRONG DÂY CHUYỀN
ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM.
54
3.1. CƠSỞLÝ THUYẾT . 55
3.1.1. Cơbản vềMatlab 55
3.1.2. Khởi động Matlab . 55
3.1.3. Phép toán với vector và ma trận trong Matlab . 56
3.1.4. Matlab guide 58
3.1.4.1. Khởi động giao diện GUI . 58
3.1.4.2. Cửa sốGUI hiện ra 60
3.1.4.3. Thay đổi thuộc tính điều khiển 61
3.1.5. Cơbản về ảnh và các hàm xửlý ảnh trong Mtalab . 63
3.1.5.1. Các kiểu ảnh trong matlab 63
3.1.5.2. Các hàm xửlý cơbản trong matlab 66
3.1.6. Phân tích thành phần chính PCA 67
3.1.6.1. Sơlược vềphân tích thành phần chính PCA . 67
3.1.6.2. Thuật toán phân tích thành phần chính PCA 67
3.2. THIẾT KẾCƠKHÍ . 69
3.2.1. Thiết kếbăng tải . 69
3.2.2. Chọn thiết bịdẫn động và phương pháp truyền động . 72
3.2.2.1. Thiết bịdẫn động . 72
3.2.2.2. Phương pháp truyền động . 73
3.2.3. Cảm biến phát hiện khay đựng sản phẩm 76
3.2.4. Chếtạo các khối sản phẩm và khay đựng sản phẩm 77
3.2.4.1. Chếtạo các khối sản phẩm 77
3.2.4.2. Chếtạo các khay đựng sản phẩm . 78
3.2.4.3. Chếtạo các tấm sàn đểgá băng tải, làm kho chứa các khối sản
phẩm và khay đựng 79
3.3. MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ TRUYỀN THÔNG 81
3.4. LƯU ĐỒGIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 86
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CÁNH TAY ROBOT RV-2AJ ĐỂKHOAN
MẠCH IN (PCB) 88
4.1. Các công đoạn chếtạo mạch in . 89
4.1.1. Thiết kếvà vẽmạch in . 89
4.1.2. In và ủi mạch lên board đồng . 90
4.1.3. Kiểm tra lại và rửa mạch . 92
4.1.4. Khoan mạch in, lắp linh kiện, hàn linh kiện và kiểm tra . 93
4.2. Lưu đồgiải thuật chương trình khoan mạch in 102
CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ. . 103
5.1. Cánh tay robot dùng XLA phát hiện và xửlý sản phẩm lỗi 104
5.1.1. Thu nhận ảnh vào bằng Matlab . 104
5.1.2. Tạo cơsởdữliệu các ảnh đầu vào . 108
5.1.3. So sánh ảnh và truyền thông 108
5.1.4. Thoát chương trình . 108
5.2. Cánh tay robot khoan mạch in 109
5.2.1. Vẽmạch in dùng đểkhoan . 109
5.2.2. Lắp và cố định mạch in vào sàn gỗ, chọn chương trình khoan . 109
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀXUẤT 111
6.1. Kết luận 112
6.2. Đềxuất 112
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 113
PHỤC LỤC 1 114
PHỤC LỤC 2 125
PHỤC LỤC 3 131
PHỤC LỤC 4 144


LÔØI NOÙI ÑAÀU
-----------
-----------
Trong thời đại ngày nay đất nước ta đang phát triển theo xu hướng công
nghiệp hoá hiện đại hoá. Mục đích đến năm 2020 đất nước ta trởthành một nước
công nghiệp, để đạt được mục tiêu đó thì không thểthiếu vắng ngành công nghệ
cơ điện tử, cơ điện tửlà một ngành mà trong đó là sựkết hợp giữa cơkhí ,điện
tử, và tin học. Và đây dược xem là một ngành của tương lai trong vòng mấy năm
tới.
Có thể nói trong lĩnh vực điều khiển và trong công nghiệp hiện nay, các
công việc nặng nhọc, nguy hiểm và đòi hỏi độchính xác cao đều được thay thế
bằng các máy móc hiện đại, trong đó cánh tay robot công nghiệp. Việc thay thế
con người bằng các máy móc hiện đại không những đem lại sự an toàn cho
người lao động mà còn góp phần tăng năng suất lao động, giảm chi phí sản suất
đem lại hiệu quảkinh tếcao.
Việc nghiên cứu và tiến tới điều khiển, làm chủcác tay máy công nghiệp
cũng nhưcác máy móc hiện đại trong thời kỳcông nghiệp hóa hiện, hiện đại hóa
nhưhiện nay là rất cần thiết và quan trọng đểgóp phần đưa đất nước phát triển
hòa nhập với khu vực và thếgiới. Chính vì lý do đó, em chọn đềtài: “Nghiên
cứu, sửdụng cánh tay robot Mitsubishi vào đào tạo kỹsưcơ điện tử- ĐH Nha
Trang”làm đồán tốt nghiệp cuối khóa. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến
các thầy cô trong khoa Cơkhí, bộmôn cơ điện tửvà đặc biệt là Thầy hướng dẫn
Th.S VũThăng Long đã tận tình giúp đỡem hoàn thành thành được đồán này.
Tuy nhiên do thời gian và trình độcó hạn nên sẽkhông tránh khỏi sai sót, kính
mong các thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để đồán được hoàn thiện hơn. Em
xin chân thành cảm ơn.


CHƯƠNG 1:
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÁNH
TAY ROBOT , TAY MÁY CÔNG NGHIỆP.
1.1 . Sơlược quá trình hình thành và phát triển của robot công nghiệp
Thuật ngữ“Robot” xuất phát từtiếng Sec(Czech) “Robota” nghĩa là công việc
tạp dịch trong vởnhạc kịch Rossoum‘s Universal Robot của Karel Capek, vào
năm 1921. Trong vởkịch này, Rossum và con trai ông ta đã chếtạo ra những cái
máy gần giống với con người đểphục vụcon người. Có lẽ đây là những gợi ý
ban đầu cho những nhà sáng chếkỹthuật thiết kếra các cơcấu máy bắt chước
hoạt động cơbắp của con người.
Những thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF(American Machine and Foundry
Company) quảng cáo một loại máy tự động vạn năng gọi là “Người máy công
nghiệp” (Industry Robot). Ngày nay người ta đặt tên người máy công nghiệp
(hay robot công nghiệp) cho những loại thiết bị có dáng dấp và một vài chức
năng giống nhưtay người được điều khiển tự động đểthực hiện các thao tác sản
xuất.
Vềmặt kỹthuật, những robot công nghiệp ngày có nguồn gốc từhai lĩnh vực ra
đời sớm hơn đó là cơcấu điều khiển từxa và các máy công cụ điều khiển số
(NC - Numerically Controlled Machine Tool).
Các cơcấu điều khiển từxa (hay các thiết bịkiểu chủ-tớ) đã phát triển mạnh
trong chiến tranh thế giới lần thứ hai nhằm nghiên cứu các vật liệu phóng xạ.
Người thao tác được tách biệt khỏi khu vực phóng xạbởi một bức tường có một
hoặc vài cửa quan sát đểcó thểnhìn thấy được công việc bên trong. Các cơcấu
điều khiển từxa thay thếcho cánh tay của người thao tác, nó gồm có một bộkẹp
ởbên trong (tớ) và hai tay cầm ởbên ngoài (chủ). Cảhai, tay cầm và bộkẹp,
được nối với nhau bằng một cơcấu sáu bậc tựdo đểtạo ra các vịtrí và hướng tuỳ
ý của tay cầm và bộkẹp. Cơcấu dùng để điều khiển bộkẹp theo chuyển động
của tay cầm.
Vào khoảng năm 1949, các máy công cụ điều khiển sốra đời, nhằm đáp ứng
yêu cầu gia công các chi tiết trong ngành chếtạo máy bay. Những robot đầu tiên
thực chất là sựnối kết giữa các khâu cơkhí của cơcấu điều khiển từxa với khả
năng lập trình của máy công cụ điều khiển số.
Dưới đây chúng ta sẽ điểm qua một sốthời điểm lịch sửphát triển của người
máy công nghiệp. Một trong những robot công nghiệp đầu tiên được chếtạo là
robot Versatran của công ty AMF, Mỹ. Cũng vào khoảng thời gian này ở M ỹ
xuất hiện loại robot Unimate -1900 được dùng đầu tiên trong kỹnghệôtô.
Tiếp theo Mỹ, các nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp : Anh -1967,
Thụy Điển và Nhật -1968 theo bản quyền của Mỹ; CHLB Đức -1971; Pháp -
1972; ởý - 1973 .
Từ những năm 70 việc nghiên cứu nâng cao tính năng của robot đã chú ý
nhiều đến sựlắp đặt thêm các cảm biến ngoại tín hiệu đểnhận biết môi trường
làm việc. Tính năng làm việc của robot ngày càng được nâng cao, nhất là khả
năng nhận biết và xửlý. Năm 1967 tại trường đại học tổng hợp Standford(Mỹ)
người ta đã tạo ra loại robot lắp ráp tự động điều khiển bằng máy vi tính trên cơ
sởxửlý thông tin từcác cảm biến lực và thịgiác (mắt – tay). Vào thời gian này
công ty IBM đã chếtạo loại robot có các cảm giác và cảm biến lực điều khiển
bằng máy tính đểlắp ráp các máy in gồm 20 cụm chi tiết. Năm 1974 Công ty Mỹ
Cincinnati đưa ra loại robot được điều khiển bằng máy vi tính, gọi là robot T3
(The Tomorrow Tool : Công cụcủa tương lai). Robot này có thểnâng được vật
có khối lượng đến 40 KG.
Có thểnói, Robot là sựtổhợp khảnăng hoạt động linh hoạt của các cơcấu
điều khiển từxa với mức độ“tri thức” ngày càng phong phú của hệthống điều
khiển theo chương trình sốcũng nhưkỹthuật chếtạo các bộcảm biến, công
nghệlập trình và các phát triển của trí khôn nhân tạo, hệchuyên gia .
Trong những năm sau này, việc nâng cao tính năng hoạt động của robot không
ngừng phát triển. Các robot được trang bịthêm các loại cảm biến khác nhau để
nhận biết môi trường chung quanh nó, cùng với những thành tựu to lớn trong lĩnh
vực Tin học - Điện tử đã tạo ra các thếhệrobot với nhiều tính năng đặc biệt,
số lượng robot ngày càng gia tăng, giá thành ngày càng giảm. Nhờ vậy, robot
công nghiệp đã có vịtrí quan trọng trong các dây chuyền sản xuất hiện đại.
Còn ở Việt Nam, trong giai đoạn trước năm 1990 hầu như trong nước hoàn
toàn chưa du nhập vềkỹthuật robot, thậm chí chưa nhận được nhiều thông tin về
lĩnh vực này. Giai đoạn tiếp theo từnăm 1990 các ngành công nghiệp trong nước
bắt đầu đổi mới. Nhiều cơsở đã nhập ngoại nhiều dây chuyền thiết bịmới. Đặc
biệt là các cơsởliên doanh với nước ngoài đã nhập ngoại nhiều loại robot phục
vụcho các công việc như: tháo lắp các dụng cụcho các trung tâm gia công và
các máy CNC, lắp ráp các linh kiện điện tử, tháo sản phẩm ởcác máy ép nhựa tự
động, hàn vỏxe ô tô, phun phủcác bềmặt
Tháng 4 năm 1998, nhà máy Rorze/Robotech bước vào hoạt động, là nhà máy
đầu tiên ởViệt Nam chếtạo và lắp ráp robot. Đó là loại robot có cấu trúc đơn
giản nhưng rất chính xác dùng trong sản xuất chất bán dẫn.
Một vài sốliệu vềsốlượng robot được sản xuất ởmột vài nước công nghiệp
phát triển nhưsau :
Nước SX Năm 1990 Năm 1994
Năm 1998
(Dựtính)
Nhật 60.118 29.756 67.000
Mỹ 4.327 7.634 11.100 Đức 5.845 5.125 8.600
Ý 2.500 2.408 4.000
Pháp 510 1.197 2.000
Anh 1.000 1.086 1.500
Hàn Quốc 1.200
Mỹlà nước đầu tiên phát minh ra robot nhưng nước phát triển cao nhất trong
lĩnh vực nghiên cứu chếtạo và sửdụng robot lại là Nhật.
1.2 . Các thông sốvà định nghĩa vềrobot công nghiệp
1.2.1. Định nghĩa robot công nghiệp
Tùy mỗi quốc gia, tổchức và mục đích sửdụng hiện nay có nhiều định nghĩa
vềrobot công nghiệp, có thể điểm qua một số định nghĩa sau:
Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp):
Robot công nghiệp là một cơcấu chuyển động tự động có thểlập trình, lặp lại
các chương trình, tổng hợp các chương trình đặt ra trên các trục tọa độ; có khả
năng định vị, định hướng,di chuyển các đối tượng vật chất: chi tiết, dao cụ, gá
lắp theo những hành trình thay đổi đã chương trình hóa nhằm thực hiện các
nhiệm vụcông nghệkhác nhau.
Định nghĩa theo RIA (Robot indtitite of America):
Robot là một tay máy vạn năng có thểlặp lại các chương trình được thiết kế để
di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụhoặc các thiết bịchuyên dùng thông qua các
chương trình chuyển động có thể thay đổi để hoàn thành các nhiệm vụ khác
nhau.
Định nghĩa theo ΓOCT 25686-85 (Nga):
Robot công nghiệp là một máy tự động, được đặt cố định hoặc di động được,
liên kết giữa một tay máy và một hệthống điều khiển theo chương trình, có thể
lập trình lại đểhoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình
sản xuất.
Có thể nói robot công nghiệp là một tay máy tự động linh hoạt thay thế từng
phần hoặc toàn bộcác hoạt động cơbắp và hoạt động trí tuệcủa con người trong
nhiều khảnăng thích nghi khác nhau.
Robot công nghiệp với khảnăng chương trình linh hoạt trên nhiều trục chuyển
động, biểu thị cho số bậc tự do của chúng. Robot công nghiệp được trang bị
những bàn tay máy hoặc các cơcấu chấp hành, giải quyết những nhiệm vụxác
định trong các quá trình công nghệ, hoặc trực tiếp tham gia thực hiện các nguyên
công (sơn, hàn, phun phủ, rót kim loại vào khuôn đúc,lắp ráp máy ) hoặc phục
vụ các quá trình công nghệ (tháo lắp chi tiết gia công, dao cụ, đồ gá ) với
những thao tác cầm nắm, vận chuyển và trao đổi các đối tượng với các trạm công
nghệ, trong một hệthống máy linh hoạt, được gọi là “Hệthống tự động linh hoạt
robot hóa” cho phép thích ứng nhanh và thao tác đơn giản khi nhiệm vụsản xuất
thay đổi.



TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Rafael C. Gonzalez
Richard E. Woods
Steven L.Eddins
- Digital Image Processing using MatLab,
Pearson Prentice Hall, 609 trang, 2004.
[2]. The MathWorks
- Image Processing Toolbox User’s Guide.
- Image Acquisition Toolbox User’s Guide.
- MatLab 7 External Interfaces.
[3]. RV-2AJ Robot
-User Manual documents.
- Electrical Components.
- Electrical Drawings.
-Programs.
- Mitsubishi Robot.
[4]. TS Phạm Đăng Phước
Robot Công Nghiệp
[5]. Một số đồán và luận án tốt nghiệp của các khóa trước:
-Trường Đại học SưPhạm KỹThuật TP HCM.
-Trường Đại học Nha Trang (Cơ điện tửK.48).
[6]. Các tài liệu datasheet, các bài viết trên internet:
- http://www.mathworks.com/products/image/demos.html
- http://www.rixan.com
- http://en.wikipedia.org/
- http://dientuvietnam.net/
- http://alldatasheet.com