Trường: ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp
-Trang 1-
Lời nói đầu
Trong những năm gần đây theo sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và đặc biệt
là ngành tự động hóa, công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước đang diễn
ra rất tốt đẹp. Trước tình hình đó cũng đặt ra nhiều thách thức cho giới trí thức -
những người tiếp thu và kế thừa sự tiến bộ trên.
Robot công nghiệp là một lĩnh vực mới mà ở Việt Nam đang nghiên cứu và
từng bước chế tạo để ứng dụng vào quá trình sản xuất góp phần tự động hóa trong
quá trình sản xuất, nâng cao năng xuất lao động.
Sự ra đời của hệ thống điều khiển PLC đã thay thế được hệ thống điều khiển
cồng kềnh bằng rơle và các dây nối. Với nhiều ưu điểm nổi bật, ngày nay hệ thống
điều khiển bằng PLC đã trở nên ưu việt và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh
vực của cuộc sống. Vì vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng PLC là rất cần thiết.
Để tìm hiểu về việc ứng dụng PLC trong hệ thống điều khiển robot công
nghiệp và cụ thể là robot hàn, nhóm chúng em đã thực hiện đề tài “Thiết kế, chế tạo
robot hàn 3 bậc tự do điều khiển bằng PLC ”. Đề tài đã thể hiện một phần trong
những kiến thức mà chúng em đã đạt được sau bốn năm học tập tại trường.
Do có sự hạn chế về thời gian cũng như kiến thức và kinh nghiệm nên chúng
em không thể tránh khỏi những sai sót.
Rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn sinh viên
Khoa Điện – Điện tử về đề tài này.

Hưng yên, Ngày 10 Tháng 08 Năm 2013 Trường: ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp
-Trang 2-
Lời cảm ơn
Đồ án được hoàn thành như là một bước ngoặt báo hiệu kết thúc thời gian học
tập tại trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên. Nếu không có sự đóng góp từ nhiều phía

…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………
Hưng Yên, Ngày… Tháng… Năm…

T.S: Bùi Trung Thành
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp
-Trang 4-
NHẬN XÉT CỦA GV PHẢN BIỆN

……………………………………………………

Hưng Yên, Ngày…
Tháng… Năm…

Trường: ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp
-Trang 5-

MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu 1
Lời cảm ơn 2
Tóm tắt đồ án 3
Chương 1: Giới thiệu chung 4
1.1. Đặt vấn đề 5
1.2. Mục đích nghiên cứu 6
1.3. Phạm vi nghiên cứu 6
1.4. Phương pháp và phương tiện nghiên cứu 6
1.5. Cấu trúc đồ án 7
Chương 2: Tổng quan về robot hàn 8
2.1. Giới thiệu sơ lược về robot công nghiệp 9
2.1.1. Lịch sử phát triển của robot 9
2.1.2. Hệ thống chuyển động robot 10
2.1.3. Hệ thống điều khiển robot 14
2.1.4. Ứng dụng của robot công nghiệp 15
2.2. Giới thiệu về robot hàn 15
2.2.1. Đặc điểm của robot hàn 15
2.2.2. Công nghệ hàn đường, hàn điểm 16
2.2.3. Các nghiên cứu về robot hàn 17
Chương 3: Xây dựng mô hình cánh tay robot hàn 3 bậc tự do 20

5.2.1. Hàn điểm 67
5.2.2. Hàn đường 70
5.3. Tính toán chuyển động các khớp của robot 71
5.3.1. Tính toán tỷ số truyền 72
5.3.2. Tính toán góc quay của các khớp 72
5.3.3. Tính toán thời gian cấp xung cho động cơ 73
5.4. Lưu đồ thuật toán 75
5.5. Khai báo phần cứng 76
5.6. Chương trình điều khiển 76
5.6.1. Bảng symbols 76
5.6.2. Chương trình điều khiển 76
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp
-Trang 7-
Chương 6: Kết quả và thảo luận 78
6.1. Kết quả thử nghiệm 79
6.1.1. Quá trình test mạch 79
6.1.2. Quá trình thử nghiệm chương trình điểu khiển 80
6.2. Thảo luận 82
Chương 7: Kết luận và kiến nghị 83
7.1. Kết quả thực hiện đồ án 84
7.1.1. Kết quả đạt được 84
7.1.2. Kết quả chưa đạt được 84
7.2. Hướng khắc phục và phát triển của đồ án 84
7.3. Những thuận lợi và khó khăn 85
7.3.1. Những thuận lợi của đề tài 85
7.3.2. Những khó khăn của đề tài 85
7.4. Kết luận 85
7.5. Kiến nghị 86
Phụ lục 1: Bảng symbols 87
Phụ lục 2: Chương trình điều khiển 90

Hình 4.3. Sơ đồ nối các cuộn dây Stato điển hình 38
Hình 4.4. Các chế độ điều khiển một động cơ bước điển hình 40
Hình 4.5. Hình dạng động cơ bước được sử dụng trong đề tài 42
Hình 4.6. Sơ đồ nguyên lý khối mạch tạo xung 43
Hình 4.7. Sơ đồ bố trí linh kiện khối mạch tạo xung 44
Hình 4.8. Sơ đồ board mạch khối mạch tạo xung 45
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp
-Trang 9-
Hình 4.9. Hình dạng của7806 46
Hình 4.10. Sơ đồ chân của NE555 47
Hình 4.11. Sơ đồ khối của NE555 47
Hình 4.12. Sơ đồ nguyên lý khối mạch driver 51
Hình 4.13. Sơ đồ bố trí linh kiện của khối mạch driver 52
Hình 4.14. Sơ đồ đi board khối mạch driver 52
Hình 4.15. Hình dạng thực tế của B688 53
Hình 4.16. Sơ đồ chân của 74LS192 53
Hình 4.17. Chuỗi đếm minh họa của 74LS192 54
Hình 4.18. Sơ đồ chân và kí hiệu logic của 74LS138 55
Hình 4.19. Cấu trúc của 74LS138 56
Hình 4.20. Sơ đồ chân và kí hiệu logic của 74HC14 57
Hình 4.21. Sơ đồ logic và dạng sóng của 74HC14 57
Hình 4.22. Sơ đồ chân và sơ đồ tương đương của Tip 122 58
Hình 4.23. Nguyên lý hoạt động của công tắc hành trình điện cơ 61
Hình 4.24. Cấu trúc của cảm biến từ tiệm cận 62
Hình 4.25. Hình dạng thực tế của cảm biến từ tiệm cận 62
Hình 4.26. Sơ đồ ghép nối của cảm biến tiệm cận NPN 63
Hình 4.27. Sơ đồ ghép nối đầu vào / ra với PLC 63
Hình 5.1.Hình vẽ vật hàn và các điểm cần hàn 65
Hình 5.2. Vị trí ban đầu của robot so với vật hàn 65
Hình 5.3. Quy trình hàn điểm A 67


Chương 1
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp
-Trang 12-
1.1 Đặt vấn đề:
Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước vấn đề tự động hóa
sản xuất có vai trò đặc biệt quan trọng. Mục tiêu ứng dụng robot trong công nghiệp
là nhằm nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng và khả
năng cạnh tranh sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động.
Ở nước ngoài, robot công nghiệp đã được nghiên cứu và ứng dụng vào sản
xuất từ rất sớm. Chiếc robot công nghiệp được đưa vào ứng dụng đầu tiên vào năm
1961 tại Hoa Kỳ.
Ở nước ta, giai đoạn trước năm 1990 hầu như chưa du nhập về kỹ thuật robot,
thậm chí còn chưa nhận được nhiều thông tin kỹ thuật từ lĩnh vực này. Cho đến nay,
ở nước ta đã có rất nhiều cơ sở thiết kế, chế tạo và lắp ráp được robot. Trung tâm
Nghiên cứu ứng dụng và Dịch vụ khoa học kỹ thuật cho biết, đến năm 2010, TP Hồ
Chí Minh sẽ đưa ra thị trường robot công nghiệp hoàn chỉnh, có khả năng cạnh
tranh với các sản phẩm ngoại nhập. Hơn nữa, mấy năm trở lại đây Việt Nam luôn
đạt giải cao trong các cuộc thi robocon Châu Á – Thái Bình Dương. Những chiến
thắng này đã thổi một luồng sinh khí mới vào phong trào sáng tạo robot của sinh
viên. Hàng loạt robot mới ra đời từ những cuộc thi này.
Ứng dụng chủ yếu của robot công nghiệp là hàn và lắp ráp. Gần 25% robot
công nghiệp là robot hàn. Những lợi ích lớn nhất của robot hàn tự động là có độ
chính xác và năng suất cao. Hàn bằng robot nâng cao độ tin cậy của mối hàn. Một
khi được lập trình hợp lý thì robot hàn có thể tạo ra các mối hàn y như nhau trên các
vật hàn cùng kích thước và quy cách. Chuyển động của que hàn được tự động hóa
sẽ giảm nguy cơ mắc lỗi trong thao tác, do vậy giảm phế phẩm và khối lượng công
việc phải làm lại. Robot không những làm việc nhanh hơn mà còn có thể hoạt động
liên tục suốt ngày đêm, hiệu quả hơn nhiều so với một hệ thống hàn tay. Quá trình
hàn được tự động hóa giải phóng người công nhân khỏi những tác hại khi hàn do

động cơ, lập trình PLC.
 Thực nghiệm: Test thử mạch điều khiển động cơ trên Panel. Chạy thử
chương trình trên modul PLC. Trường: ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp
-Trang 14-
Phương tiện:
 Sách tham khảo, các tài liệu trên mạng.
 Modul PLC….
 Phần mềm eagle, phần mềm Proteus, phần mềm PLC, phần mềm
solidworks.
1.5 Cấu trúc của đồ án:
Chương 1: Giới thiệu chung.
Chương 2: Tổng quan về robot hàn.
Chương 3: Xây dựng mô hình cánh tay robot hàn 3 bậc tự do.
Chương 4: Thiết kế bộ điều khiển và lựa chọn động cơ.
Chương 5: Lập trình điều khiển robot.
Chương 6: Kết quả và thảo luận.
Chương 7: Kết luận và kiến nghị.
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp
-Trang 15- Chương 2
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp
-Trang 16-
2.1 Giới thiệu sơ lược về robot công nghiệp:
2.1.1 Lịch sử phát triển của robot:
Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robata” có nghĩa là công

Đức
58445
5125
8600
Ý
2500
2408
4000
Mỹ là nước đầu tiên phát minh ra robot, nhưng nước phát triển cao nhất lĩnh
vực nghiên cứu chế tạo và sử dụng robot lại là Nhật.

Trường: ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp
-Trang 17-
2.1.2 Hệ thống chuyển động robot:
Hệ thống chuyển động robot công nghiệp đảm bảo cho robot có thể thực hiện
các nhiệm vụ trong không gian làm việc bao gồm các chuyển động của thân, cánh
tay, cổ tay giữa các vị trí hoặc chuyển động theo một quỹ đạo đặt trước. Bộ phận cơ
bản của robot là: Cánh tay (gồm một số thanh nối cứng liên kết vớ nhau bởi các
khớp mềm); thân (bệ); cổ tay; bàn tay.

Hình 2.1: Các bộ phận của robot
2.1.2.1 Bậc tự do của robot:
Bậc tự do của robot là khả năng chuyển động của một cơ cấu (chuyển động
quay hoặc tịnh tiến). Để dịch chuyển được một vật thể trong không gian, cơ cấu
chấp hành của robot phải đạt được một số bậc tự do. Đối với cơ cấu hở, số bậc tự do
bằng tổng số bậc tự do của các khớp động.
Một con robot công nghiệp dùng trong nhà máy có từ 3 đến 6 bậc tự do. Số
bậc tự do của robot càng cao thì robot hoạt động càng linh hoạt. Như robot Asimo
của Honda có 34 bậc tự do, robot Qrio của Sony 38 bậc tự do
2.1.2.2 Khớp robot:

theo phương của các trục hệ tọa độ gốc (cấu hình TTT). Không gian làm việc của
bàn tay có dạng khối chữ nhật. Do kết cấu đơn giản, loại cơ cấu này có độ cứng
vững cao, độ chính xác cơ khí dễ, đảm bảo, vì vậy nó được dùng để vận chuyển
phôi liệu, lắp ráp, hàn trong mặt phẳng

Hình 2.4: Cơ cấu tọa độ Đecac
b) Cơ cấu robot tọa độ trụ: Không gian làm việc của robot có dạng hình trụ
rỗng. Thường khớp thứ nhất là chuyển động quay.Ví dụ robot 3 bậc tự do, cấu hình
là RTT như hình vẽ.

Hình 2.5: Cơ cấu tọa độ trụ
c) Cơ cấu robot tọa độ cầu: Không gian làm việc của robot có dạng hình cầu.
Thường độ cứng vững của loại robot này kém hơn so với 2 loại trên. Ví dụ robot 3
bậc tự do, cấu hình là RRT hoặc RRR.
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp
-Trang 20-

Hình 2.6: Cơ cấu tọa độ cầu
d) Cơ cấu robot kiểu tọa độ góc (hệ tọa độ phỏng sinh): Đây là kiểu robot
được dùng phổ biến hơn cả. Các chuyển động định hướng khác cũng là các chuyển
động quay. Không gian làm việc của robot này gần giống một phần của khối cầu.
Ưu điểm nổi bật của robot hoạt động theo hệ tọa độ góc là gọn nhẹ, tức là có vùng
làm việc tương đối lớn so với kích cỡ của bản thân robot, độ linh hoạt cao.Ví dụ
một robot hoạt động theo hệ tọa độ góc có cấu hình RRR.RRR:

Hình 2.7: Cơ cấu tọa độ góc
e) Cơ cấu robot SCARA: Robot SCARA ra đời năm 1979 tại Nhật Bản là
một kiểu robot mới nhằm đáp ứng sự đa dạng của các quá trình sản xuất. Loại robot
này thường dùng trong công việc lắp ráp. Sơ đồ robot theo kiểu SCARA như sau:
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp

Bộ ĐK2
Bộ ĐKn
ROBOT
CBn
CB1
CB2
Vị trí khớpTín hiệu ĐK khớp
Quỹ đạo đặt khớp
Quỹ đạo tay
)(
1đ
q
)(
2đ
q
)(
đn
q
)(
1
u
)(
2
u
)(
n
u
)(
1
q

2. Hàn điểm
3. Hàn hồ quang
4. Cấp thoát phôi
5. Lắp ráp
6.Nghiên cứu, đào tạo
7. Phun phủ bề mặt
8. Nâng chuyển, sắp xếp
9. Các công việc khác
18.3%
14.7%
12.3%
9.6%
9.5%
5.7%
5.7%
3.9%
20.3%

Hình 2.10: Hình vẽ tỷ lệ phân bố về loại công việc được dùng robot
2.2 Giới thiệu về robot hàn:
2.2.1 Đặc điểm của robot hàn:
Công nghệ hàn tự động với robot đã được ứng dụng từ lâu trong ngành công
nghiệp sản xuất ô-tô ở các nước công nghiệp phát triển, tiêu biểu trong số đó như
Hoa Kỳ, Nhật Bản, CHLB Ðức, Pháp, Ý, Hàn Quốc, Trung Quốc,… và gần đây là
các nước trong khu vực Ðông Nam Á. Sau đó, công nghệ hàn tự động với robot
được áp dụng trong các ngành đóng tàu biển, chế tạo máy.
Các robot hàn chủ yếu có dạng cánh tay có khớp hoặc xoay. Loại robot trục
Đe-cac chỉ được dùng cho các robot rất lớn hoặc rất nhỏ. Cánh tay robot được sử
dụng nhiều do nó cho phép súng hàn chuyển động như cách con người thao tác. Góc
súng hàn và góc di chuyển có thể thay đổi để hàn ở mọi vị trí, nhất là ở những vị trí

hiện công việc kẹp chặt các chi tiết và lấy sản phẩm sau khi hàn xong.
Cảm biến trang bị trên các robot hàn đường phải có khả năng xác định vị trí
đúng của đường hàn. Như vậy, để mối hàn được đặt chính xác, đúng yêu cầu về
hình dáng và kích thước thì robot phải giữ điện cực theo hướng đúng của đường hàn
với khoảng cách đúng từ đường hàn đến đầu mỏ hàn và di chuyển với tốc độ không
đổi sao cho lượng vật liệu chảy vào mối nối không đổi. Xác định đường hàn cho các
vật thể ba chiều phức tạp hơn so với các tấm phẳng vì thường cần phải mô hình hóa
hình học để định ra đường di chuyển của robot.
2.2.3 Các nghiên cứu về robot hàn:
Trên thế giới, có nhiều nước nhiều hãng chế tạo thành công robot hàn và bán
phổ biến trên thị trường như hãng Panasonic của Nhật, hãng KuKa của Đức
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp
-Trang 25-

Hình 2.13: Robot hàn VR-006AL của hãng Panasonic (Nhật)
Robot hàn VR-006AL của Nhật với đặc tính đa dụng và linh hoạt với khả
năng thực hiện quá trình lập trình, hàn gia công chi tiết tự động, độ vươn của robot
1.75m, khả năng di chuyển theo 6 phương tự do. Robot này được lập trình cho các
ứng dụng tự động trong ngành công nghiệp hàn như CO2/MAG/pulse/MIG/TIG.

Hình 2.14: Robot hàn KR 6ARC của hãng KUKA của Đức
Với các đặc tính tiêu biểu: Thiết kế chắc chắn, tiết kiệm diện tích, sử dụng
động cơ servo AC với 6 bậc tự do, tầm với 1.611mm, thích hợp ở mọi vị trí, có
phanh ở tất cả các trục, khả năng lưu chương trình hàn không giới hạn, vận hành và
lập trình dễ dàng.