Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CHO ROBOT HÀN ALMEGA AX-V6
ĐỂ HÀN MỘT SỐ ĐƯỜNG CONG PHỨC TẠP
Ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
Mã số:23.04.3898
Học viên: TRƯƠNG ĐÌNH LUÂN
Người HD khoa học : GS.TS. TRẦN VĂN ĐỊCH

nhựa, hàn vỏ xe ôtô, xe máy, phun sơn v.v…
Ở nhiều trường đại học, cao đẳng và cao đẳng nghề đã bắt đầu giảng dạy về Robot.
Đặc biệt trong những năm gần đây xu thế nhập Robot công nghiệp ở các trường nghề
ngày càng gia tăng để phục vụ cho học sinh, sinh viên thực tập, tiếp cận dần với nền
sản xuất hiện đại. Tuy nhiên sự chuyển giao công nghệ của nhà sản xuất chưa thật như
ý muốn, chưa tận dụng khai thác triệt để của thiết bị. Là một kỹ sư, đồng thời là một
giáo viên tôi mong muốn góp phần nhỏ bé của mình vào công cuộc chung của nhà
trường là đào tạo các công nhân trình độ cao, tôi mạnh dạn chọn đề tài này làm luận

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3
văn tốt nghiệp: “Lập trình cho Robot hàn Almega AX-V6 để hàn một số đường cong
phức tạp .”
- Tôi rất vinh dự được học tập và nghiên cứu tại khoá đào tạo thạc sỹ khoá 9 của
trường, đề tài tốt nghiệp của tôi được hoàn thành đúng thời hạn với sự hướng
dẫn tận tình của GS.TS Trần Văn Địch, các thầy cô giáo trong và ngoài nhà
trường, các bạn đồng nghiệp và sự nỗ lực của bản thân, và tôi hy vọng rằng đề
tài của tôi sẽ được ứng dụng thực tế vào trong công tác đào tạo của trường Cao
đẳng nghề NN&PTNT Phú Thọ, nơi tôi đang công tác.
- Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn, các thầy cô trong khoa Cơ khí,
phòng đào tạo Sau đại học trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã
giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như trong quá trình làm luận văn. Tôi
lấy làm biết ơn trường Cao đẳng nghề NN&PTNT Phú Thọ đã tạo điều kiện cho
tôi học tập, mở mang kiến thức. Tôi xin chân thành cảm ơn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

5
1.1 Sự ra đời của rôbốt công nghiệp (Inductrial robot)
Nhu cầu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng đòi hỏi các ứng
dụng rộng rãi các phương tiện tự động hoá sản xuất. Xu hướng tạo ra những dây
chuyền về thiết bị có tính linh hoạt cao đang dần hình thành. Các thiết bị này đang thay
thế dần các máy tự động “cứng” chỉ đáp ứng một việc nhất định trong lúc thị trường
luôn đòi hỏi mặt hàng thay đổi về chủng loại, tính năng, mỹ thuật, vv,… Vì thế ngày
càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng về robot để tạo ra các hệ thống sản suất linh hoạt.
Thuật ngữ “robot” lần đầu tiên xuất hiện năm 1892 trong tác phẩm “Rossum
’
s
Unicersal Robot” của Karel Capek. Theo tiếng Séc thì robot là người tạp dịch. Trong
tác phẩm này nhân vật Rossum và con trai của ông đã tạo ra chiếc máy gần giống như
con người để hầu hạ con người.
Hơn 20 năm sau, ước mơ viễn tưởng của Karel Capek đã bắt đầu hiện thực. Ngay sau
chiến tranh thế giới lần thứ 2, ở Hoa Kỳ đã xuất hiện những cánh tay máy bất kỳ điều
khiển từ xa trong các phòng thí nghiệm về vật liệu phóng xạ.
Vào những năm 50 bên cạnh các tay máy chép hình cơ khí đó, đã xuất hiện các loại
tay máy chép hình thuỷ lực và điện từ, như tay máy Minotaur hoặc tay máy Handyman
của General Electric. Năm 1954 George C. Devol đã thiết kế một thiết bị có tên là “ Cơ

giảm đi rõ rệt, tính năng có nhiều bước tiến vượt bậc. Nhờ vậy robot công nghiệp có
vai trò quan trọng trong các dây chuyền sản xuất hiện đại.
Ngày nay, chuyên ngành khoa học về robot “robotics” đã trở thành một lĩnh vực
rộng trong khoa học, bao gồm các vấn đ
ề cấu trúc cơ cấu, động học, động lực học, lập
trình quỹ đạo, cảm biến tín hiệu, điều khiển chuyển động v.v…
1.2 Định nghĩa về robot công nghiệp
Hiện nay có nhiều định nghĩa về Robot, có thể điểm qua một số định nghĩa như sau
• Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp) : Robot công nghiệp là một cơ cấu
chuyển động tự động có thể lập trình, lặp lại các chương trình, tổng hợp các
chương trình đặt ra trên các trục toạ độ; có khả năng định vị, định hướng, di

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

7
chuyển các đối tượng vật chất : chi tiết, dao cụ, gá lắp . . . theo những hành trình
thay đổi đã chương trình hoá nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau.
• Định nghĩa theo RIA (Robot institute of America) : Robot là một tay máy vạn
năng có thể lặp lại các chương trình được thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết,
dụng cụ hoặc các thiết bị chuyên dùng thông qua các chương trình chuyển động
có thể thay đổi để hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau.
• Định nghĩa theo GOCT 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 hệ
thống điều khiển theo chương trình, có thể lập trình lại để hoàn thành các chức
năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất
1.3 Phân loại Robot
- Có hai phương pháp phân loại robot. Một là theo tính chất vật lý hay hình học
của chúng. Hai là theo cách chúng được điều khiển.
1.3.1 Phân loại theo hình học
Ngành công nghiệp dùng các thiết kế các robot khác nhau với các ưu nhược điểm

1.Kiểu đề các (hình 1-1)
Robot kiểu này còn gọi là tay máy kiểu giàn, có các khớp dịch chuyển theo hướng
dạng hình chữ nhật. Đây là dạng mô hình hoá và về dạng toán học vì các hệ toạ độ
tương ứng với hệ trục toạ độ đề các. Robot này được dùng ở những nơi cần độ chính
xác rất cao, tuy nhiên không gian làm việc của nó rất hạn chế.

Hình 1-1: Robot có không gian làm việc dạng hình chữ nhật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

9
2. Kiểu trụ: Robot này có một khớp quay và khớp tịnh tiến, 3 khớp đầu tiên của loại
này ứng với 3 biến cơ bản của hệ toạ độ trụ.
Chuyển động quay:
θ

Chuyển động cao: h
Tầm với: r

Hình 2-2: Robot có không gian làm việc dạng trụ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

10
Nếu vị trí của điểm tham chiếu của tay ký hiệu là (
rh,,
θ
), khi đó vị trí sẽ dễ dàng xác
định tại tất cả các thời điểm, nhưng nếu vị trí được cho ở một thời điểm, tức là (x,y,z)
như trong trường hợp bình thường, sau đó cần thực hiện một vài phép biến đổi tay 2 hệ


Tầm với: z
Để biết vị trí của tay robot, phải giữ nguyên các giá trị (
r,,
θφ
). Tuy nhiên nếu chúng ta
có vị trí tay robot ở dạng (x,y,z), chúng ta phải thực hiện phép chuyển hệ.
Theo cách ít chặt chẽ hơn giống như trong trường hợp của robot loại 2, chúng ta có
thể xác định toạ độ khớp (
r,,
θφ
) phải nằm vị trí của tay máy ở một điểm đề các cụ thể.
Phần bổ xung của khớp quay thứ 2 tăng tính mềm dẻo của robot này. Tuy nhiên nó làm
giảm độ chính xác.
4. Loại robot thứ 4: (hình 1-4)
Loại này có 3 khớp quay. Việc chuyển hệ toạ độ sang hệ trục đề các phức tạp hơn
nhiều các trường hợp trước. Robot rất linh hoạt. Loại này có ưu điểm trong trường hợp
robot phải tiếp cận các chi tiết qua các vật cản. Tuy vậy độ chính xác của nó thấp hơn
tất cả các loại khác.

Hình 1-4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

12
5. SCARA:(hình 1-5)
Loại robot này là loại có cấu trúc hình học mới nhất được giới thiệu trong mô hình hóa
các loại robot. Chuyển động của các khớp cơ bản quanh các trục thẳng đứng. Cấu trúc
này cho độ cứng cần thiết cho robot theo phương thẳng đứng trong khi cho phép quay

- Từ khi mới ra đời robot công nghiệp được áp dụng nhiều trong lĩnh vực dưới góc độ
thay thế con người. Nhờ vậy dây chuyền sản xuất được tổ chức lại, năng suất và hiệu
quả tăng lên rõ rệt.
- Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp nhằm góp phần nâng cao năng suất dây chuyền
công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm
đồng thời cải thiện điều kiện lao động. Đạt được các mục tiêu trên là nhờ vào các khả
năng to lớn của robot như:
+ Làm việc không biết mệt mỏi
+ Rất dễ chuyển nghề một cách thành thạo
+ Chịu được tia phóng xạ và các môi trường làm việc độc hại, nhiệt độ cao
+ Thay thế con người trong các công việc đơn điệu mà dễ gây mệt mỏi, nhầm lẫn
+ …
- Trong ngành cơ khí, robot được sử dụng nhiều trong công nghệ đúc, công nghệ
hàn, công nghệ cắt kim loại, sơn, phun phủ kim loại, tháo lắp vận chuyển phôi,
lắp giáp sản phẩm,
- Ngày nay đã xuất hiện nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm các máy CNC
với các robot công nghiệp, các dây chuyền đó đạt mức độ tự động hoá cao, mức

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

14
độ linh hoạt cao,…ở đây các máy và robot cùng được điều khiển một hệ thống
chương trình.
- Ngoài các phân xưởng, nhà máy, kỹ thuật robot cũng được sử dụng trong việc
khai thác thềm lục địa và đại dương, trong y học, quốc phòng, chinh phục vũ trụ,
công nghiệp nguyên tử, trong các lĩnh vực xã hội,…
- Rõ ràng khả năng làm việc của robot trong một số điều kiện vượt trội hơn khả
năng của con người, do đó là phương tiện hữu hiệu để tự động hoá, nâng cao
năng suất lao động, giảm nhẹ cho con người những công việc nặng nhọc và độc
hại. Nhược điểm lớn nhất của robot là chưa linh hoạt như con người, trong dây

2.4 Phân loại các liên kết hàn
2.5 Mối hàn và sự hình thành mối hàn
2.6 Hàn hồ quang
2.7 Ứng suất và biến dạng hàn
2.8 Khuyết tật mối hàn và phương pháp kiểm tra
2.9 Giới thiệu một số công nghệ hàn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

16
2.1 Lịch sử phát triển của ngành hàn
- Thời kỳ đồ đồng, đồ sắt loài người đã biết hàn kim loại
- Năm 1802 nhà bác học người Nga Pêtơrốp đã tìm ra hiện tượng hồ quang điện
- Năm 1882 Kỹ sư Bênađớt đã sử dụng hồ quang điện cực than để hàn kim loại.
- Năm 1886 Tômsơn đã tìm ra phương pháp hàn tiếp xúc giáp mối và được áp dụng
rất nhiều trong lĩnh vực công nghiệp vào năm 1903.
- Năm 1887 Bênađớt đã tìm ra phương pháp hàn điểm
- Năm 1888 Slavianốp đã sử dụng điện cực kim loại để hàn.
- Năm 1907 kỹ sư Kenbe người Thụy Điển đã sử dụng điện cực có thuốc bọc (que

2.2.2 Đặc điểm
a. Liên kết hàn: Là liên kết cứng không tháo dời ra được
b. Tiết kiệm kim loại: với cùng khả năng làm việc
So với liên kết bằng bu lông, đinh tán, hàn tiết kiệm từ 10-20% khối lượng kim
loại
So với đúc, hàn tiết kiệm 50% khối lượng kim loại
c. Hàn cho phép chế tạo được các kết cấu phức tạp (siêu trọng, siêu trường) từ
những vật liệu cùng loại, khác loại có tính chất khác nhau để phù hợp với các điều
kiện, môi trường làm việc khác nhau.
d. Hàn tạo ra các liên kết có độ bền, độ kín cao đáp ứng nhu cầu làm việc của các
kết cấu quan trọng như: Vỏ tàu, nồi hơi, thiết bị chịu áp lực,…
e. Hàn có tính năng động và năng suất cao so với các công nghệ gia công khác, do
vậy dễ cơ khí hoá, tự động hoá quá trình sản xuất.
f. Mức độ đầu tư cho quá trình sản xuất thấp. Tuy nhiên do trong quá trình hàn vật
liệu chịu tác động của nguồn nhiệt có công suất lớn, tập chung và thời gian hàn
ngắn vì vậy liên kết hàn thường có nhược điểm sau:
+ Tổ chức và tính chất của kim loại tại vùng mối hàn và khu vực lân cận có thể
bị thay đổi (đặc biệt là những vật liệu khó hàn) do vậy làm giảm khả năng chịu lực

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

18
của kết cấu. Đặc biệt làm việc dưới tác động của tải trọng động, tải trọng biến đổi
theo chu kỳ.
+ Trong kết cấu hàn thường tồn tại trạng thái ứng suất và biến dạng dư, do vậy
ảnh hưởng đáng kể đến hình dáng, kích thước, tính thẩm mỹ và khả năng làm việc
của kết cấu.
2.2.3 Ứng dụng
Mặc dù có những nhược điểm trên nhưng với tính kinh tế kỹ thuật cao. Công
nghệ hàn ngày càng được quan tâm phát triển hoàn thiện và được ứng dụng rộng rãi


Hình 2-1: Phân loại các phương pháp hàn theo trạng thái hàn
Hàn áp lực
Hàn kim loại
Hàn
hồ
quang

Hàn
điện
xỉ
Hàn
khí
Hàn
laze

Hàn
cao
tần
Hàn
rèn
Hàn
điện
tiếp
xúc
Hàn nóng chảy
Hàn bằng điện cực nóng chảy có vỏ
thuốc
Hàn bằng điện cực không nóng chảy
trong khí trơ
Hàn bằng điện cực nóng chảy có khí
trơ
Hàn bằng điện cực nóng chảy trong
khí hoạt tính
Hàn bằng dây hàn có lõi thuốc
Hàn dưới lớp thuốc bảo vệ
Hàn tiếp xúc giáp mối
Hàn tiếp xúc điểm
Hàn tiếp xúc đường

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

20
2.4 Phân loại các liên kết hàn
2.4.1 Khái niệm
Để tạo thành liên kết hàn với các phần tử (chi tiết, bộ phận) chúng cần phải có vị trí

a. Trọng lực của các giọt kim loại lỏng:
Những giọt kim loại hình thành ở mặt đầu que hàn và dịch chuyển theo phương
thẳng đứng từ trên xuống dưới do lực hút của trái đất, lực này chỉ có khả năng làm
dịch chuyển giọt kim loại vào bể hàn khi hàn sấp và có tác dụng ngược lại khi hàn
trần. Còn khi hàn đứng thì chỉ một phần kim loại dịch chuyển từ trên xuống.
b. Do sức căng bề mặt
Giọt kim loại được sinh ra do tác dụng của lực phân tử luôn luôn có khuynh hướng
tạo cho bề mặt chất lỏng một năng lượng nhỏ nhất. Vì vậy sức căng bề mặt tạo
thành những giọt kim loại lỏng có dạng hình cầu. Những giọt này mất đi khi chúng
rơi vào bể hàn và sức căng của bề mặt bể hàn kéo vào thành dạng chung. Nó tạo
điều kiện khi hàn trần kim loại lỏng không bị rơi và hình thành mối hàn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

22
c. Do cường độ điện trường
Dòng điện đi qua khe hàn sinh ra một lực điện trường ép lên que hàn và có tác
dụng làm giảm tiết diện ngang đến không lực này cắt kim loại lỏng ở đầu que
hàn thành giọt do sức căng bề mặt và cường độ điện trường tiết diện ngang giảm,
mật độ dòng điện tăng, mặt khác ở đây điện trở cao sinh nhiệt lớn kim loại lỏng
đạt đến trạng thái sôi tạo ra áp lực đẩy giọt kim loại vào vũng hàn. Lực điện
trường làm dịch chuyển kim loại lỏng từ que hàn vào vũng hàn đối với tất cả vị
trí hàn (hình 2-4)

Hình 2-4: Tác dụng nén của điện trường lên que hàn khi nóng chảy
d. Áp lực trong
Kim loại lỏng ở đầu que hàn bị quá nhiệt nhanh, các phản ứng hoá học sinh ra ở đó
có các khí CO
2
. Thể tích tăng rất nhanh gây áp lực mạnh đẩy giọt kim loại lỏng tách

kim loại vật hàn quanh mối hàn. Do ảnh hưởng nhiệt nên có sự thay đổi về tổ chức và
tính chất gọi là vùng ảnh hưởng nhiệt (phần kim loại lân cận mối hàn)
Kim loại nóng chảy hoàn toàn khi nguội có tổ chức tương tự như thỏi đúc vùng sát
kim loại cơ bản do tản nhiệt nhạnh, tốc độ nguội lớn nên hạt nhỏ, vùng tiếp theo kim
loại kết tinh theo hướng thẳng góc với mặt tản nhiệt nên có dạng nhánh cây kéo dài,
vùng trung tâm mối hàn do nguội chậm
nên hạt lớn có tạp chất (phi kim loại) (hình 2-6) Hình 2-6: Sơ đồ kết tinh của kim loại mối hàn
2.5.5 Vùng ảnh hưởng nhiệt (hình 2-7)
a. Khái niệm
Sau khi kim loại ở vùng hàn nguội kết tinh thành mối hàn, vùng kim loại quanh mối
hàn do ảnh hưởng nhiệt nên có sự thay đổi về tổ chức và tính chất gọi là vùng ảnh
hưởng nhiệt. Sự tạo thành vùng ảnh hưởng nhiệt là tất nhiên trong quá trình hàn nóng
chảy, chiều rộng của nó phụ thuộc vào phương pháp và chế độ hàn, thành phần và
chiều dày của kim loại vật hàn gồm các phần sau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

25
b. Cấu tạo vùng ảnh hưởng nhiệt

Hình 2-7: Tổ chức vùng ảnh hưởng nhiệt mối hàn giáp mối thép ít các bon
(1) Vùng viền chảy: Là vùng kim loại nóng chảy không hoàn toàn nằm giữa kim
loại mối hàn nóng chảy và kim loại vật hàn không nóng chảy. Vùng này có kích
thước bé. Hạt kim loại nhỏ mịn và có ảnh hưởng tốt đến mối hàn.
(2) Vùng quá nhiệt: Có nhiệt độ từ 1100
o
C đến gần nóng chảy kim loại chịu sự biến