TS. Nguyễn Hồng Tây; ThS. Dương Văn Toàn Ninh; ThS. Nguyễn Tấn Tại; TS. Trương Quang Tri; ThS. Nguyễn Văn Đoàn; ThS. Nguyễn Nam Phương; ThS. Võ Hữu Việt; ThS. Trang Tấn Triển; ThS. Nguyễn Đạt; KS. Võ Văn Vui; ThS. Cao Bảo Hiệp; KS. Trương Quang Hay

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo được Robot hàn tự động 6 bậc để sử dụng vào việc giảng dạy, học tập, đào tạo nghề nghiệp cho người lao động, từng bước làm chủ công nghệ và thay thế hàng nhập ngoại.

NỘI DUNG 1: ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN

Công việc 1: Xây dựng thuyết minh

Công việc 2: Đánh giá tổng quan về vấn đề cần nghiên cứu

Sản phẩm: Thuyết minh đề tài, báo cáo tổng quan

NỘI DUNG 2: NGHIÊN CỨU CHUYÊN MÔN

Công việc 1: Thiết kế cơ khí

- Nghiên cứu động học và động lực học robot:

     + Nghiên cứu và chọn lựa sơ đồ động cho robot:

         ++ Phân tích các sơ đồ động học

         ++ Phân tích các phương án truyền động

     + Thiết kế sơ bộ: Động học

         ++ Công việc:

• Thiết lập sơ đồ động học
• Thiết kế trên phần mềm CAD để ước lượng các kích thước sơ  bộ của các khâu, góc quay của các khớp
• Kiểm tra sơ bộ các quan hệ động học để không gian làm viêc của robot thỏa mãn yêu cầu đặt ra

         ++ Kết quả dự kiến:

• Cận trên và cận dưới của các kích thước tương ứng của các khâu
• Cận trên, cận dưới của các góc quay của các khớp

     + Thiết kế sơ bộ: Động lực học

         ++ Công việc:

• Xây dựng mô hình động lực học (sơ bộ) của robot dựa trên cấu hình có được từ thiết kế sơ bộ động học
• Phân tích và thiết lập các chế độ chuyển động tới hạn của robot
• Cài đặt các chuyển động cho mô hình
• Ước lượng các phản lực liên kết động cho các khớp của robot
• Xác định moment xoắn cần thiết của các động cơ

         ++ Kết quả dự kiến

• Dữ liệu mô phỏng sơ bộ các đáp ứng động lực học của robot
• Moment xoắn cần thiết của các động cơ
• Công suất của các động cơ
• Các thông số này sẽ cung cấp đầu vào cơ bản cho việc chọn các thiết bị điện, đánh giá lại phương án truyền động trước đó)

     + Nghiên cứu bài toán động học robot:

         Bài toán động học thuận:

         ++ Công việc:

• Thiết lập các phương trình động học thuận cho robot
• Phương trình vị trí
• Phương trình vận tốc
• Phương trình gia tốc
• Lập trình để giải các phương trình động học thuận
• Kiểm tra kết quả của chương trình trước khi tiến hành cho các nghiên cứu sâu hơn
• Khảo sát đáp ứng động học của robot

         ++ Kết quả:

• Báo cáo cơ sở lý thuyết
• Chương trình tính động học thuận của robot
• Không gian làm việc của robot
• Các kích thước của các khâu và góc quay của khớp
• Đáp ứng động học của robot

         Bài toán động học ngược:

         ++ Công việc:

• Nghiên cứu lý thuyết liên quan
• Xây dựng các phương trình động học ngược cho robot
• Phương trình vị trí
• Phương trình vận tốc
• Phương trình gia tốc
• Xây dựng giải thuật giải các bài toán động học ngược
• Lập trình giải bài toán động học ngược (để đánh giá độ chính xác và thời gian tính toán)
• Khảo sát đáp ứng động học ngược của robot

         ++ Kết quả:

• Báo cáo lý thuyết
• Chương trình động học ngược
• Đáp ứng động học nghịch của robot

     + Nghiên cứu bài toán động lực học robot:

         Về mặt chi tiết thực hiện tương tự như bài toán động học, các nội dung chính cho bài toán động lực học được liệt kê như các mục sau:

         ++ Xác định các tham số động lực học của các chi tiết của robot

         ++ Xây dựng hệ phương trình động lực học cho robot

         ++ Lập trình giải tìm đáp ứng động học thuận của robot

         ++ Lập trình giải tìm đáp ứng động lực học nghịch cho robot

         ++ Kiểm tra đáp ứng động lực học của robot

         ++ Xác định các thông số phù hợp cho các chi tiết robot (kích thước, khối lượng)

         ++ Xác định moment xoắn động lực trên các khớp, tải trọng động tác dụng trên robot,…

         ++ Thiết lập hàm truyền cho robot phục vụ cho chức năng điều khiển

Sản phẩm: tập báo cáo

- Thiết kế cơ khí cho robot:

     + Thiết kế các khâu

     + Thiết kế các khớp

     + Thiết kế khung cho robot

     + Thiết kế, lắp ghép toàn bộ robot trên phần mềm CAD 3D

     + Kiểm tra lại động học, giải pháp kỹ thuật gia công chế tạo và lắp ráp

Sản phẩm: Hồ sơ thiết kế, bản vẽ chi tiết

- Lựa chọn động cơ và thiết kế hệ thống truyền động cho robot:

     + Tính toán các hệ truyền động cơ khí cho robot

     + Chọn các thông số của động cơ

Sản phẩm: Báo cáo, tài liệu thiết kế

- Phân tích bền và ổn định cho robot:

     + Xây dựng mô hình hình học cho bài toán phân tích kết cấu

     + Xây dựng mô hình lưới cho bài toán phân tích kết cấu

     + Xác định các điều kiện biên Dirichlet, Neumann của bài toán

     + Phân tích bền, phân tích độ cứng vững cho kết cấu

     + Phân tích các dạng dao động riêng cho kết cấu robot

Sản phẩm: tập báo cáo

- Hiệu chỉnh và hoàn thiện phần kết cấu cơ khí cho robot:

     + Kiểm tra và hiệu chỉnh dự trên các kết quả nghiên cứu ở trên

     + Hoàn thiện thiết kế

     + Xây dựng các bản vẽ thiết kế 2D để gia công, chế tạo

Sản phẩm: tập báo cáo

Công việc 2: Thiết kế hệ thống điều khiển

- Phân tích và lựa chọn phương án điều khiển, thiết kế hệ thống điều khiển robot:

    + Thiết kế hệ thống điều khiển 1 khâu

    + Thiết kế hệ thống điều khiển chung cho 6 khâu

    + Thiết kế hệ thống giám sát và an toàn

Sản phẩm: tập báo cáo

- Xây dựng thuật toán điều khiển và xây dựng thuật toán nội suy đường hàn:

    + Xây dựng thuật toán điều khiển cho toàn bộ robot

    + Xây dựng thuật toán nội suy đường thẳng

    + xây dựng thuật toán nội suy cung tròn, đường tròn

    + Xây dựng thuật toán nội suy đường bất kỳ.

    + Xây dựng thuật toán lựa chọn đường đi.

Sản phẩm: tập báo cáo

- Thiết kế cấu trúc dữ liệu, viết chương trình điều khiển:

    + Thiết kế xây dựng 1 bộ dữ liệu chuẩn cho đường thẳng

    + Thiết kế xây dựng 1 bộ dữ liệu chuẩn cho cung tròn

    + Thiết kế xây dựng 1 bộ dữ liệu chuẩn cho đường tròn

    + Thiết kế xây dựng 1 bộ dữ liệu chuẩn cho đường bất kỳ.

Sản phẩm: tập báo cáo

- Thiết kế mạch điều khiển:

    + Thiết kế mạch điều khiển từng Khâu trên robot

    + Thiết kế mạch điều khiển toàn bộ cho robot

    + Thiết kế mạch An toàn trên robot

Sản phẩm: Hồ sơ thiết kế, tập báo cáo

Công việc 3: Viết chương trình mô phỏng

- Viết chương trình mô phỏng động học thuận cho robot (triển khai chi tiết các lý thuyết trong công việc 1)

Sản phẩm: Chương trình mô phỏng

- Viết chương trình mô phỏng động học ngược cho robot (triển khai chi tiết các lý thuyết trong công việc 1)

Sản phẩm: Chương trình mô phỏng

- Viết chương trình mô phỏng động lực học cho robot (triển khai chi tiết các lý thuyết trong công việc 1)

Sản phẩm: Chương trình mô phỏng

NỘI DUNG 3: GIA CÔNG PHẦN CƠ KHÍ

Gia công các chi tiết cho các khâu robot (khâu đế, khâu 1 đến khâu 6)

Sản phẩm: Hồ sơ công nghệ

NỘI DUNG 4: LẮP RÁP ROBOT

Công việc 1: Lắp ráp mạch điều khiển cho robot

Sản phẩm: tập báo cáo

Công việc 2: Lắp ráp kết cấu và cân chỉnh robot

Sản phẩm: tập báo cáo

Công việc 3: Vận hành, thử nghiệm, Kiểm tra và hiệu chỉnh robot

Sản phẩm: tập báo cáo

NỘI DUNG 5: BIÊN SOẠN CÁC TÀI LIỆU GIẢNG DẠY MÔN ROBOT CÔNG NGHIỆP VÀ TÀI LIỆU KỸ THUẬT CHO MÁY

Công việc 1: Xây dựng đề cương, giáo trình và hệ thống bài tập thực hành môn robot công nghiệp cho sinh viên trình độ trung cấp và cao đẳng

Sản phẩm: tập báo cáo

Công việc 2: Biên soạn tài liệu kỹ thuật và hướng dẫn sử dụng máy

Sản phẩm: Tài liệu

- Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: tìm hiểu các công trình nghiên cứu về robot của các tác giả trong và ngoài nước đã thực hiện. Từ đó kế thừa và phát triển các lý thuyết tính toán, kỹ thuật điều khiển, công nghệ gia công chế tạo để thiết kế và chế tạo robot hàn 6 bậc tự do.

- Kỹ thuật sử dụng: kỹ thuật thu thập dữ liệu, phân tích và tổng hợp các tài liệu liên quan.  

 -Thiết kế cơ khí

• Phương pháp mô hình hoá: Sử dụng các phần mềm chuyên dụng để thiết kế, mô phỏng và kiểm nghiệm toàn bộ kết cấu của robot trên máy tính.
• Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm: tiến hành đo đạc, hiệu chỉnh để đáp ứng các thông số kỹ thuật đặt ra.
• Kỹ thuật đánh giá và lập hồ sơ thiết kế.

- Thiết kế hệ thống điều khiển

• Phương pháp mô hình hoá: Sử dụng các phần mềm chuyên dụng để thiết kế, mô phỏng và kiểm nghiệm toàn bộ kết cấu của robot trên máy tính.
• Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm: tiến hành đo đạc, hiệu chỉnh để đáp ứng các thông số kỹ thuật đặt ra.
• Kỹ thuật đánh giá và lập hồ sơ thiết kế.

       - Viết chương trình  mô phỏng

• Phương pháp mô hình hoá: Sử dụng các phần mềm chuyên dụng để thiết kế, mô phỏng và kiểm nghiệm toàn bộ kết cấu của robot trên máy tính.
• Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm: tiến hành đo đạc, hiệu chỉnh để đáp ứng các thông số kỹ thuật đặt ra.
• Kỹ thuật đánh giá và lập hồ sơ thiết kế.

      Nội dung 3: Gia công phần cơ khí

• Phương pháp mô hình hoá: Sử dụng các phần mềm chuyên dụng để thiết kế, mô phỏng và kiểm nghiệm toàn bộ kết cấu của robot trên máy tính.
• Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm: tiến hành đo đạc, hiệu chỉnh để đáp ứng các thông số kỹ thuật đặt ra.
• Kỹ thuật đánh giá và lập hồ sơ thiết kế.

      Nội dung 4: Lắp ráp robot

• Phương pháp mô hình hoá: Sử dụng các phần mềm chuyên dụng để thiết kế, mô phỏng và kiểm nghiệm toàn bộ kết cấu của robot trên máy tính.
• Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm: tiến hành đo đạc, hiệu chỉnh để đáp ứng các thông số kỹ thuật đặt ra.
• Kỹ thuật đánh giá và lập hồ sơ thiết kế.

      Nội dung 5: Biên soạn các tài liệu giảng dạy môn robot công nghiệp và tài liệu kỹ thuật cho máy

       - Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: tìm hiểu về cá qui định của chương trình khung do Bộ Lao động Thương binh và Xã hội ban hành. Từ đó xây dựng đề cương, bài giảng phù hợp với trình độ đào tạo Cao đẳng và Trung cấp.

       - Kỹ thuật sử dụng: kỹ thuật thu thập dữ liệu, phân tích và tổng hợp các tài liệu liên quan.

1. Robot hàn tự động 6 bậc, với các đặc điểm kỹ thuật:

- Kiểu: 6 Khớp quay dạng đứng

- Số trục: 6

- Tải trọng tải tối đa: 3,5 kg.

- Phạm vi làm việc:

+ Tầm với của robot là 500 mm, chiều cao của robot 500 mm, vùng không gian làm việc dạng khối cầu có bán kính 500 mm.

+ Góc hoạt động:

1. 1 = 2700
2. 2 = 1500
3. 3 = 1800
4. 4 = 1800
5. 5 = 2700

          F 6 = 2700

- Sai số vị trí: sai số lặp lại: ± 1 mm.

- Robot có khả năng hàn điểm và đường.

- Sử dụng phương pháp hàn Mig với dòng hàn 500A.

- Robot có khả năng lưu trữ tối đa 10 chương trình hoạt động.

- Nguồn vào: 1 pha/3 pha, AC 200V±20V, 50/60HZ.

2. Các báo cáo khoa học:

(1) Đánh giá tổng quan về robot hàn.

(2) Nghiên cứu động học và động lực học robot.

(3) Lựa chọn động cơ và thiết kế hệ thống truyền động cho robot.

(4) Phân tích bền và ổn định cho robot.

(5) Hiệu chỉnh và hoàn thiện phần kết cấu cơ khí cho robot.

(6) Phân tích và lựa chọn phương án điều khiển, thiết kế hệ thống điều khiển robot.

(7) Xây dựng thuật toán điều khiển và xây dựng thuật toán nội suy đường hàn.

(8) Thiết kế cấu trúc dữ liệu, viết chương trìnhđiều khiển.

(9) Viết chương trình mô phỏng động học thuận cho robot.

(10) Viết chương trình mô phỏng động học ngược cho robot.

(11) Viết chương trình mô phỏng động lực học cho robot.

3. Bộ bản vẽ thiết kế robot hàn (Thiết kế cơ khí cho robot).

4. Bản vẽ sơ đồ điều khiển (Thiết kế mạch điều khiển).

5. Bộ hồ sơ công nghệ chế tạo robot hàn (Gia công các chi tiết cho các khâu robot: khâu đế, khâu 1-6).

6. Phần mềm điều khiển và phần mềm mô phỏng động học và động lực học robot hàn 6 bậc.

7. Tài liệu giảng dạy môn học robot hàn.

8. Tài liệu kỹ thuật và hướng dẫn sử dụng Robot.

9. 01 bài báo khoa học được công bố.

10. 01 bản tin đăng trên tập san KHCN tỉnh.

11. Phim tư liệu.

12. Đào tạo 20 người vận hành Robot.

13.Kỷ yếu hội thảo.