TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ XNCN
====o0o====

BÁO CÁO THỰC TẬP
ĐỀ TÀI:
Tìm Hiểu Về Robot ABB Sáu Bậc Tự Do

Hà Nội, 12-2015


Đại Học Bách Khoa Hà Nội

MỤC LỤC

MỤC LỤC ....................................................................................................................................................... 2
DANH MỤC HÌNH VẼ ..................................................................................................................................... 3
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................................................. 4
I. CẤU TRÚC PHẦN CỨNG.............................................................................................................................. 5
1.The Manipulator. ................................................................................................................................... 5
2.The Controller ...................................................................................................................................... 13
II.ĐIỀU KHIỂN ROBOT. ................................................................................................................................. 18
1.AUTOMATIC MODE. ............................................................................................................................. 18
2.JOGGING THE ROBOT USING THE JOYSTICK. ....................................................................................... 19
2.1.Thiết lập 1 số thông số khi điều khiển bằng tay. .............................................................................. 19
2.2.Điều khiển bằng tay chuyển động thẳng dọc 1 trục tọa độ. ............................................................. 22
2.3.Điều khiển robot chuyển động theo từng khớp. .............................................................................. 23
III:PROGRAM. .............................................................................................................................................. 24
1.Tập lệnh của chương trình. .................................................................................................................. 24
2.Sửa và thay đổi 1 chương trình. .......................................................................................................... 30

3.Nạp chương trình cho robot. ............................................................................................................... 32
3.1.Nạp chương trình qua cổng Ethernet. .............................................................................................. 32
3.2.Nạp chương trình qua ổ đĩa mềm và mạng LAN............................................................................... 36
IV. PHẦN MỀM MÔ PHỎNG. ....................................................................................................................... 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................................................. 38

Trang 2


Đại Học Bách Khoa Hà Nội

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1: Hệ thống IRB2400-16. ........................................................................................... 5
Hình 2:Tải trọng. ................................................................................................................. 6
Hình 3:Tầm với.................................................................................................................... 6
Hình 4: Kích thước. ............................................................................................................. 7
Hình 5:Các trục và hướng chuyển động của robot. ............................................................. 8
Hình 6:Trục phụ và phụ kiện đi kèm. .................................................................................. 9
Hình 7:Tủ điều khiển cho robot. ........................................................................................ 13
Hình 8:Kết nối của tủ với bên ngoài.................................................................................. 13
Hình 9:Mạch vòng điều khiển động cơ. ............................................................................ 15
Hình 10:I/O. ....................................................................................................................... 16
Hình 11:Cấu trúc máy tính. ............................................................................................... 16
Hình 12:Teach pendant. ..................................................................................................... 17
Hình 13: Operator’s panel. ................................................................................................ 18
Hình 14:Base. .................................................................................................................... 20
Hình 15:Tool...................................................................................................................... 21
Hình 16:Wobj. ................................................................................................................... 21
Hình 17:World. .................................................................................................................. 22
Hình 18:Điều khiển khớp chuyển động. ............................................................................ 23

Hình 19:Cấu trúc chương trình. ......................................................................................... 24
Hình 20:Nạp chương trình. ................................................................................................ 32
Hình 21:Floppy disk .......................................................................................................... 36
Hình 22:Giao diện robotstudio. ......................................................................................... 37

Trang 3


Đại Học Bách Khoa Hà Nội

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay công nghiệp ngày càng phát triển, kèm theo đó các thiết bị giúp nâng cao
sản xuất và thuận tiện cho quá trình sản xuất ngày càng được phát triển và phổ biến. Do
đó nhu cầu về việc tìm hiểu các thiết bị tham gia vào quá trình sản xuất cũng ngày càng
được đề cao.
Robot công nghiệp là một thành phần quan trọng không thể thiếu trong các dậy
chuyền sản xuất với mức độ tự động hóa cao,nó có thể định nghĩa là 1 cơ cấu cơ khí có
thể lập trình và làm những công việc theo mong muốn của lập trình viên.Robot công
nghiệp đóng vai trò giảm cường độ lao động cho người lao động,tăng năng suất và độ
chính xác gia công,góp phần tăng chất lượng và số lượng đồng thời giảm giá thành sản
phẩm.
Bài báo cáo này được viết ra nhằm tìm hiểu,vận hành Robot công nghiệp 6 bậc tự
do của hãng ABB IRB2400-16 với tủ điểu khiển S4CPLUS-M2000.
Em xin cam đoan những kiến thức trong bản báo cáo này hoàn toàn là do nỗ lực tìm
hiểu của bản thân mà có được.
Cuối cùng,em xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy ,Cô Viện Điện trường Đại Học Bách
Khoa đã cho em những kiến thức cốt lõi trong nhiều năm học tập vừa qua,lời cảm ơn đến
thầy A đã tận tình chỉ bảo,giúp đỡ,giải đáp những khúc mắc để chúng em có thể hoàn
thành đợt thực tập và thu được những kiến thức thực tế bổ ích.


Sinh viên thực hiện

Trang 4


Đại Học Bách Khoa Hà Nội

I. CẤU TRÚC PHẦN CỨNG.
IRB2400-16 là một trong những sản phẩm robot công nghiệp phổ biến của hãng
ABB ,được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới.Là loại robot 6 bậc tự do,nó có khả năng
vận hành chính xác và cực kì hiệu quả,giúp tăng vượt trội năng suất cho các hệ thống sản
xuất.

Hình 1: Hệ thống IRB2400-16.
Hệ thống gồm 2 phần chính:
 Controller.
 Manipulator.

1.The Manipulator.
Đây là bộ phận chấp hành của hệ thống(cánh tay robot).Nó nhận tín hiệu điều khiển
từ tủ điều khiển và hoạt động di chuyển theo một cách chính xác.
Các đặc tính của robot(Manipulator):
 Độ lặp lại:0,03(mm)
 Khối lượng robot: 380 kg.
 Tải trọng:16(kg)
Trang 5


Đại Học Bách Khoa Hà Nội


Hình 2:Tải trọng.
 Tầm với(phạm vi hoạt động của robot):

Hình 2:Tầm với.
Trang 6


Đại Học Bách Khoa Hà Nội
 Kích thước của robot:

Hình 3: Kích thước.
 Điều kiện môi trường:
Nhiệt độ lớn nhất(lưu trữ)
Nhiệt độ nhỏ nhất(lưu trữ)
Nhiệt độ lớn nhất(vận hành)
Nhiệt độ nhỏ nhất(vận hành)
Độ ẩm tối đa

+55°C
-25°C
+45°C
+5°C
95%
Trang 7


Đại Học Bách Khoa Hà Nội
 Mối liên hệ giữa công suất tiêu thụ và tốc độ:
Tốc độ [mm/s]
Max.

1000
500
100

Công suất tiêu thụ [kW]
0.61 – 0.67
0.46 – 0.50
0.40 – 0.44
0.37 – 0.39

 Bậc tự do: IRB2400-16 là loại robot với 6 bậc tự do.

Hình 4:Các trục và hướng chuyển động của robot.
Các trục với kiểu chuyển động
Axis 1: chuyển động quay
Axis 2: chuyển động tay đòn
Axis 3: chuyển động nhờ tay đòn
Axis 4: vặn xoắn
Axis 5: chuyển động cong
Axis 6: tum chuyển động quay

Góc quay
360°
210°
125°
400°
240°
800°

Tốc độ quay lớn nhất

150°/s
150°/s
150°/s
360°/s
360°/s
450°/s

 Trục phụ
Robot được thiết kế để có thể ghép nối thêm các trục phụ,số trục phụ tối đa mà
IRB2400-16 có thể ghép thêm là 6,và chúng sẽ đươc điều khiển bởi tủ
S4CPLUS(controller).
Để đơn giản hóa việc thêm vào và điều khiển các trục phụ,ABB đã cũng cấp các
bộ kits làm sẵn.

Trang 8


Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Hình 5:Trục phụ và phụ kiện đi kèm.
 Động học thuận robot.
- Tham số của thanh nối và khớp.

Xét hai khớp i và i+1, thanh i nối giữa hai khớp i và i+1, được biểu diễn trên
hình trên.
Như minh họa trên hình trên là độ dài pháp tuyến chung của trục khớp i
và i+1; là góc giữa hai trục của khớp I và i+1 (góc giữa trục i+1 và đường thẳng
song son trục I nằm trong mặt phẳng chứa trục i+1 và trực giao với pháp tuyến
chung ).
Tương tự xét trục khớp i-1. Pháp tuyến chung của trục khớp I và i-1 là

Khoảng cách giữa hai chân pháp tuyến chung của trục I là
giữa hai pháp tuyến chung của trục khớp i.

. Góc

.

là góc
Trang 9


Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đối với khớp quay, là góc quay của khớp. Do đó là biến của khớp
quay. Đối với khớp tịnh tiến, là độ dịch chuyển tịnh tiến của khớp, nên đặt
biến của khớp tịnh tiến.

là

1.2. Phép biểu diễn Danevit-Hartenberg.
Phép biểu diễn D-H (Danevit-Hartenberg ) dùng để mô tả mối quan hệ giữa
các thanh nối, khớp và tay robot.
Theo phương pháp D-H, khung tọa độ thanh nối I được xây dựng theo
nguyên tắc sau: (theo hình …)
- Gốc khung tọa độ thanh I đặt trùng với chân pháp tuyến chung của trục I và
i+1 và nằm trên trục khớp i+1.
- Trục đặt theo phương của trục khớp i+1.
- Trục đặt theo phương pháp tuyến chung của trục I và i+1 theo hướng đi từ
trục I đến i+1.
Một số trường hợp đặc biệt:

- Khi hai trục z cắt nhau: sẽ không có pháp tuyến chung giữa hai khớp. Khi đó
điểm gốc của khung tạo độ là giao điểm của hai trục và trục x được đặt dọc
theo đường vuông góc với mặt phẳng chứa hai trục z đó.
- Hai trục song song, sẽ có nhiều pháp tuyến chung của khớp trước. Gốc
khung tọa đọ chọn sao cho là nhỏ nhất.
- Đối với khớp tịnh tiến: khoảng cách là biến khớp. Hướng của trục khớp
trùng với hướng di chuyển của khớp. Hướng của trục được xác định, nhưng
vị trí trong không gian khôn được xác định. Khi đó chiều dài khôn có ý
nghĩa nên đặt
. Gốc tọa độ đặt trùng với gốc thanh nối tiếp theo.
Theo nguyên tắc đặt khung tọa độ như trên, bắt đầu gắn khng tọa đọ từ bệ (thân)
robot và khung tọa độ 0: trục trùng với trục khớp 1.
- Động học thuận của robot ABB – IRB2400

Trang 10


Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Bảng D-H của robot.
Khung tọa độ
1
2
3
4
5
6

D
615

0
0
755
85
0

a
100
705
135
0
0
0

Từ bảng D-H ta xác định được các ma trận thành phần biểu diễn quan hệ giữa hai
khung tọa độ của hai khớp i, i-1:

[

]

Trang 11


Đại Học Bách Khoa Hà Nội

[

]


[

]

[

]

[

]

[

]

Phép biến đổi biểu diễn tay robot so với thân robot nhận được dạng sau:

Trang 12


Đại Học Bách Khoa Hà Nội

2.The Controller

Hình 6:Tủ điều khiển cho robot.
Tủ điều khiển S4CPLUS-M2000 là trung tâm điều khiển chính cho
robot(Manipulator).

Hình 7:Kết nối của tủ với bên ngoài.

Trang 13


Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Thông số cơ học của tủ:
 Khối lượng:240kg
 Kích thước: 950 x 800 x 620 mm.
 Điều kiện môi trường:
Nhiệt độ lớn nhất(lưu trữ)
Nhiệt độ nhỏ nhất(lưu trữ)
Nhiệt độ lớn nhất(vận hành)
Nhiệt độ nhỏ nhất(vận hành)
Độ ẩm tối đa

+55°C
-25°C
+52°C
+5°C
95%

S4CPLUS chứa biến áp,bộ biến đổi nguồn,bộ tạo xung,hệ thống máy tính xử lí và
các khối chức năng khác có nhiệm vụ tạo xung điều khiển,tính toán…điện áp đầu vào
cung cấp cho tủ là 200VAC:63A hoặc 600VAC:25A.
Hệ thống máy tính chính trong tủ được chia làm ba phần:
 Main Computer:
Phần này có nhiệm vụ tiếp nhận và thực hiện chương trình RAPID,kiểm soát
đường đi của robot,đảm nhiệm giao tiếp giữa người-robot,kết nối điều khiển
quạt làm mát,điều khiển bộ tạo nguồn,xung…
 Axis Computer:
Phần này đảm nhiệm vai trò điều chỉnh tốc độ và vị trí của các trục(gồm 6

trục chính và các trục phụ).Nó trực tiếp nhận giá trị vị trí đặt từ main
computer và giá trị vị trí thực tế từ hệ thống đo,dùng các dữ liệu này để điều
chỉnh thuật toán,tính ra các giá trị momen xoắn và giá trị vị trí gửi đến hệ
thống drive để tạo xung điều khiển cho động cơ robot.

Trang 14


Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Hình 8:Mạch vòng điều khiển động cơ.
 I/O Computer:đây là phần kết nối máy tính chính với hệ thống dây chuyền công
nghệ,máy móc bên ngoài.
Tủ gồm 16 đầu vào và 16 đầu ra,sử dụng nguồn 24VDC-5,5mA do bộ nguồn trong
tủ cung cấp.

Trang 15


Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Hình 9:I/O.

Hình 10:Cấu trúc máy tính.
Trang 16


Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Tủ cung cấp 2 phương thức điều khiển là điều khiển bằng tay với bảng điều khiển
Teach pendant và điều khiển lập trình tự động.


Hình 11:Teach pendant.

Trang 17


Đại Học Bách Khoa Hà Nội

II.ĐIỀU KHIỂN ROBOT.
1.AUTOMATIC MODE.
Automatic mode là chế độ điều khiển robot hoạt động theo chương trình lập sẵn
được sử dụng khi chạy 1 chương trình vận hành sản xuất. Để sử dụng chế độ này ta thao
tác như sau:
Bước 1:Chọn operating mode selector :

.

Hình 12: Operator’s panel.
Màn hình hiển thị:

Bước 2:Nhấn Motors On trên operator’s panel.
Trang 18


Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Bước 3:Chọn Start để chạy chương trình đang được lưu trữ trên bộ nhớ robot.
Bước 4:Muốn dừng chương trình ta nhấn Stop trên Teach pendant.

2.JOGGING THE ROBOT USING THE JOYSTICK.
Bạn có thể điều khiển bằng tay để di chuyển robot. Tốc độ di chuyển của robot sẽ tỉ

lệ thuận vào tốc độ di chuyển của tay cầm(joystick),tốc độ di chuyển của tay cầm càng
cao thì robot di chuyển càng nhanh(tuy nhiên tốc độ tối đa của robot mà bộ điều khiển
thiết lập giới hạn là 250mm/s).

2.1.Thiết lập 1 số thông số khi điều khiển bằng tay.
Nhấn nút jogging

màn hình hiển thị các thông số chính trong chế độ điều khiển

này:

Các thông số chính gồm có:
 Coord(chọn trục tọa độ).
 Tool(chọn công cụ).
 Joystick lock(khóa những hướng điều khiển không mong muốn)
 Incremental(thay đổi tỉ lệ di chuyển tay cầm/di chuyển robot).
Trong đó chọn hệ trục tọa độ để điều khiển robot là quan trọng nhất,nó ảnh hưởng
trực tiếp tới hướng và vị trí mà robot di chuyển.
Trong Coord có 4 lựa chọn:
 World
Trang 19


Đại Học Bách Khoa Hà Nội
 Base
 Tool
 wobj

a.Chế độ Base .
Ở chế độ này,điểm TCP0 sẽ di chuyển theo joystick theo trục tọa độ với gốc ở chân

robot.

Hình 13:Base.
b.Chế độ tool.
Ở chế độ này,hệ trục tọa độ được chọn gắn với công cụ.

Trang 20


Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Hình 14:Tool.
c.Chế độ wobj.
Là chế độ mà hệ trục tọa độ được gắn với đối tượng(vật mà robot tương tác)

Hình 15:Wobj.
d.Chế độ world.
Là chế độ mà hệ trục tọa độ được gắn với không gian làm việc của nhà máy.Thông
thường,khi thiết lập 1 dây chuyền sản xuất với nhiều cánh tay robot,ta sẽ dùng chế độ này
để đảm bảo toàn bộ robot và dây chuyền trong nhà máy hoạt động với nhau 1 cách chính
xác.

Trang 21


Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Hình 16:World.
2.2.Điều khiển bằng tay chuyển động thẳng dọc 1 trục tọa độ.
Sau khi đã lựa chọn được những cài đặt mong muốn,ta sẽ thao tác để điều khiển

robot bằng joystick như sau:
Bước 1:Chọn operating mode selector : .
Bước 2:Chọn ‘motion unit’ và ‘motion type’:

Bước 3:Nhấn giữ hờ nút enabling device để chuyển qua chế độ Motors On.
Bước 4:bây giờ ta có thể sử dụng joystick để điều khiển robot.
TCP 0 di chuyển sẽ phụ thuộc vào việc bạn di chuyển cần điều khiển theo trục
nào(x,y,z).

Trang 22


Đại Học Bách Khoa Hà Nội

2.3.Điều khiển robot chuyển động theo từng khớp.

Hình 17:Điều khiển khớp chuyển động.

Trang 23


Đại Học Bách Khoa Hà Nội

III:PROGRAM.
Chương trình của robot được viết bởi ngôn ngữ lập trình RAPID,và có nhiều cách để
tạo ra 1 chương trình.
Về cơ bản,1 chương trình gồm 3 phần:
 Main routine:chương trình chính.
 Subroutines:các câu lệnh trong chương trình chính
 Program data:dữ liệu về các yêu cầu cho chương trình(như vị trí,tốc độ,hệ tọa

độ,hướng di chuyển…)

Hình 18:Cấu trúc chương trình.
1.Tập lệnh của chương trình.
RAPID là ngôn ngữ lập trình bậc cao,nó có tập lệnh và cấu trúc khá đơn giản,thuận
tiện cho người lập trình.
1.1.Lệnh di chuyển.

Trang 24


Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Cấu trúc:

Trong đó:





p1 là vị trí đích đến.
v100 là vận tốc.
Z10 là độ sai lệch cho phép.
Tool1 là hệ tọa độ yêu cầu.

Ngoài ra,việc xây dựng các tập lệnh di chuyển sẽ dễ dàng hơn nếu ta biết rõ kích
thước chu trình mà ta mong muốn robot di chuyển,khi đó,ta chỉ cần tọa độ của điểm xuất
phát.

Trang 25