Giáo trình Robot công nghiệp

Giáo trình Robot công nghiệp với các nội dung tổng quan về rô bôt; các chuyển động cơ bản của robot công nghiệp; động học và động lực học rô bôt; ứng dụng của rô bôt công nghiệp; hệ thống ngành cơ – điện tử công nghiệp; điều khiển thủy lực...

L I NÓI Đ UỜ Ầ

Trong chương trình đào t o c a các trạ ủ ường trung c p ngh , cao đ ng ngh  th c hành ngh  giấ ề ẳ ề ự ề ữ 

m t v  trí r t quan tr ng: rèn luy n tay ngh  cho h c sinh. Vi c d y th c hành đòi h i nhi u y u t : v tộ ị ấ ọ ệ ề ọ ệ ạ ự ỏ ề ế ố ậ  

t  thi t b  đ y đ  đ ng th i c n m t giáo trình n i b , mang tính khoa h c và đáp  ng v i yêu c u th cư ế ị ầ ủ ồ ờ ầ ộ ộ ộ ọ ứ ớ ầ ự  

t ế

N i dung c a giáo trình “ROBOT CÔNG NGHI P ” đã độ ủ Ệ ược xây d ng trên c  s  k  th a nh ng n i dungự ơ ở ế ừ ữ ộ  

gi ng d y c a các trả ạ ủ ường, k t h p v i nh ng n i dung m i nh m đáp  ng yêu c u nâng cao ch t lế ợ ớ ữ ộ ớ ằ ứ ầ ấ ượ  ngđào t o ph c v  s  nghi p công nghi p hóa, hi n đ i hóa đ t nạ ụ ụ ự ệ ệ ệ ạ ấ ước,. 

Giáo trình n i b  này do các nhà giáo có nhi u kinh nghi m nhi u năm làm công tác trong ngànhộ ộ ề ệ ề  đào t o chuyên nghi p. Giáo trình đạ ệ ược biên so n ng n g n, d  hi u, b  sung nhi u ki n th c m i vàạ ắ ọ ễ ể ổ ề ế ứ ớ  biên so n theo quan đi m m , nghĩa là, đ  c p nh ng n i dung c  b n, c t y u đ  tùy theo tính ch t c aạ ể ở ề ậ ữ ộ ơ ả ố ế ể ấ ủ  các ngành ngh  đào t o mà nhà trề ạ ường t  đi u ch nh cho thích h p và không trái v i quy đ nh c a chự ề ỉ ợ ớ ị ủ ươ  ngtrình khung đào t o cao đ ng ngh ạ ẳ ề

Tuy các tác gi  đã có nhi u c  g ng khi biên so n, nh ng giáo trình ch c ch n không tránh kh iả ề ố ắ ạ ư ắ ắ ỏ  

nh ng thi u sót, r t mong nh n đữ ế ấ ậ ược s  tham gia đóng góp ý ki n c a các b n đ ng nghi p và cácự ế ủ ạ ồ ệ  chuyên gia k  thu t đ u ngành.ỹ ậ ầ

Xin trân tr ng c m  n! ọ ả ơ

Bài 01:  T ng quan v   ổ ề Rô bôt

1 Khái quát v  rô b t công nghi p ề ố ệ

a. Kh i đ u c a Robotở ầ ủ

Thông thường, Robot được hi u nh  là ‘m t c  máy có hình dáng và hình thái gi ng conể ư ộ ỗ ố  

người, và hành đ ng gi ng con ngộ ố ười’.  

     Hình 1­1 Robot gi ng con ngố ười th i kì đ uờ ầ

Vì v y, t  sau khi Robot xu t hi n trên trái đ t cho đ n khi Robot đậ ừ ấ ệ ấ ế ược s  d ng trongử ụ  ngành công nghi p t p trung tr ng tâm c a ngành kĩ thu t hi n đ i đã t n m y ch c năm. Ngàyệ ậ ọ ủ ậ ệ ạ ố ấ ụ  nay, vi c Robot đệ ược đi u khi n b ng máy tính, và th c hi n vai trò quan tr ng trong côngề ể ằ ự ệ ọ  nghi p v i vai trò là ngệ ớ ười thao tác mang tính c  khí đơ ượ ự ộc t  đ ng hóa v i t c đ  cao là s  th tớ ố ộ ự ậ  

mà t t c  chúng ta đ u bi t.      ấ ả ề ế

Ví d  trong ‘v  k ch v  con ngụ ở ị ề ười nhân t o’ liên quan đ n vi c phát tri n Robot th i kìạ ế ệ ể ờ  

đ u: ầ

N i dung c a nó k  v  ngộ ủ ể ề ườ ối b  tên là Rossum và con trai khi đang trong quá trình nghiên 

c u v  ch t nguyên sinh nhân t o đã quy t đ nh phát tri n con ngứ ề ấ ạ ế ị ể ười nhân t o có năng l c tríạ ự  

th c h u nh  tứ ầ ư ương t  v i hình dáng xu t hi n c a con ngự ớ ấ ệ ủ ười. K t thúc 10 năm nghiên c u, hế ứ ọ 

đã thành công trong vi c phát minh nh ng s n ph m mà h  t o ra là m t con ngệ ư ả ẩ ọ ạ ộ ười nhân t o cóạ  

đ c tính nh  th  ­ không còn s  lặ ư ế ự ười nhác và các suy nghĩ tiêu c c c a con ngự ủ ười, n u ch  đ aế ỉ ư  

ra m nh l nh thì nó s  ch  làm chăm ch  theo đúng m nh l nh đó. Con ngệ ệ ẽ ỉ ỉ ệ ệ ười nhân t o này đạ ượ  cnhân b n v i s  lả ớ ố ượng l n, đớ ược bán, và m t s  lộ ố ượng tương đ i đố ược bán ra giúp con ngườ  i

được tr i qua m t cu c s ng an bình. Tuy nhiên, nh ng con ngả ộ ộ ố ữ ười nhân t o đã khi n xã h i suyạ ế ộ  xét theo luân lý v  vi c con ngề ệ ười gi ng c  v  hình th c và năng l c ch  đ a ra m nh l nh r iố ả ề ứ ự ỉ ư ệ ệ ồ  

ch i và ăn, và làm r y lên s  chán ghét nh ng vi c làm sai khi n con ngơ ấ ự ữ ệ ế ườ ị ừi b  tr ng ph t. ạ

b. Phân lo i Robotạ

Có r t nhi u đ nh nghĩa v  Robot tùy theo các t  ch c hay h c gi  v  robot, tuy nhiên dùấ ề ị ề ổ ứ ọ ả ề  

có s  khác nhau trong cách th  hi n, nh ng trong ý nghĩa c  b n ch  y u v n tự ể ệ ư ơ ả ủ ế ẫ ương t  nhau. ự

B ng 1­1 Phân lo i robotả ạ

Phân lo iạ Phân lo i l nạ ớ Phân lo i v a ạ ừ Ch ng lo iủ ạ

Robot thông minh Robot ph c vụ ụ Robot dùng cá nhân

Robot có hình dáng v t nuôi ậRobot d n d pọ ẹ

Robot b o vả ệRobot d y h c…ạ ọRobot thông minh Robot ph c vụ ụ Robot chuyên môn Robot ph c vchuyên nghi pụ ệụ  Robot y t ,

ếRobot hướng 

đi n nguyên t …ệ ử

Robot thông minh Robot dùng trong công 

nghi pệ Dùng cho ngành ch  t oế ạ Robot hàn

Robot v n hànhậRobot s n…ơ

Robot thông minh Robot dùng trong công 

nghi pệ Dùng cho ngành phi ch  t oế ạ Robot dùng trong ngành nông 

nghi p, ng  nghi p, xây d ng…ệ ư ệ ự

(1)Robot dùng trong ngành công nghi pệ

Kh  năng nh n bi t (Perception) tình tr ng c a b n thân và bên ngoài, kh  năng nh nả ậ ế ạ ủ ả ả ậ  

th c (Cognition) b ng phán đoán trên c  s  đó, và kh  năng v n đ ng (Manipulation) mà đứ ằ ơ ở ả ậ ộ ượ  c

kh  năng nh n th c quy t đ nh.ả ậ ứ ế ị

a.Robot t a đ  đ ­cácọ ộ ề b. Robot đa kh pớ  

xoay trên m t ph ngặ ẳ c. Robot đa kh p xoayớ  

theo chi u th ng đ ngề ẳ ứ d.Robot t a đ  trọ ộ ụ

Hình 1­2  Robot dùng trong công nghi pệ

(2)Robot ph c vụ ụ

Là c  máy có hình dáng bên ngoài tỗ ương t  con ngự ười (nh  đi l i và nói),và có th  th cư ạ ể ự  

hi n các hành vi ph c t p c a con ngệ ứ ạ ủ ười. Đ  trang trí di chuy n đồ ể ược theo s  đi u khi n tự ề ể ự 

đ ng.ộ

Robot có hình dáng v tậ  

nuôi Robot d n d pọ ẹ Robot dùng trong chi ntranh ế   Robot có hình dáng con người

Hình 1­3 Robot ph c vụ ụ

(3)Quá trình phát tri n c a Robotể ủ

 V  l ch s  c a robot, t  trề ị ử ủ ừ ước cu c kh i ngu n mang tính l ch s , khái ni m đó đã liênộ ở ồ ị ử ệ  

t c đụ ược th o lu n, và đả ậ ược đ  c p trong nhi u tác ph m văn h c. Tuy nhiên, thông qua vi cề ậ ề ẩ ọ ệ  

gi i thi u v  h  th ng mà hình d ng đã đớ ệ ề ệ ố ạ ược c  th  hóa nh  m t th c th  mang tính hi nụ ể ư ộ ự ể ệ  

th c, v i kh i đi m là vi c h  th ng th y l c đự ớ ở ể ệ ệ ố ủ ự ược s  d ng trong truy n đ ng l c cho cácử ụ ề ộ ự  

kh u súng c a chi n h m Virginia c a M  năm 1906, so v i quá kh  đã tẩ ủ ế ạ ủ ỹ ớ ứ ương đ i tinh t  vàố ế  

đượ ự ộc t  đ ng hóa trong h  th ng s n xu t s  lệ ố ả ấ ố ượng l n ‘Model T’ c a công ty ôtô Ford nămớ ủ  

1912, tính c n thi t và s  nhi t tình nh m nâng cao kh  năng s n xu t c a ngành ch  t o đãầ ế ự ệ ằ ả ả ấ ủ ế ạ  

được hình dung ra.     

Năm 1954, ông George Devol người M  đã t o nên khái ni m h  th ng v n chuy n hàngỹ ạ ệ ệ ố ậ ể  hóa t  đ ng d a trên m t chự ộ ự ộ ương trình và ngay sau đó, ông đã cùng Joseph Engelberger phát minh h  th ng có th  coi là tiên phong c a robot dùng cho công nghi p theo khái ni m ngày nay.ệ ố ể ủ ệ ệ  Năm 1961, công ty Unimation c a M  đã l p đ t robot có tên là Unimate vào dây chuy nủ ỹ ắ ặ ề  đúc áp l c c a công ty ôtô Ford, tuy nhiên khi đó, h  th ng máy vi tính không đự ủ ệ ố ượ ử ục s  d ng v iớ  vai trò người đi u khi n. Sau đó, t i nhi u nhà máy công nghi p, robot đã thay th  con ngề ể ạ ề ệ ế ười và 

đã và đang được nâng cao vai trò trong các công vi c nguy hi m và đ c h i.ệ ể ộ ạ

 Năm 1974, l n đ u tiên, robot có l p đ t h  th ng máy vi tính bên trong v i vai trò làầ ầ ắ ặ ệ ố ớ  

người đi u khi n đã xu t hi n v i tên g i là Cincinnati Milacron. M c dù vì h  th ng máy viề ể ấ ệ ớ ọ ặ ệ ố  tính khi đó v n ch a đẫ ư ược máy vi tính Micro t ng quát hóa nên máy vi tính mini đã đổ ược sử 

d ngụ

 Năm 1978, t i công ty Unimation, PUMA(Programmable Universal Machine for Assembly)ạ  – con robot đa kh p c  đ ng theo phớ ử ộ ương th ng đ ng đã đẳ ứ ược phát minh, và theo đó,  t i trạ ườ  ng

đ i   h c   Yamanishi   c a   Nh t   B n   đã   phát   minh   ra   robot   SCARA   (Selective   Complianceạ ọ ủ ậ ả  Assembly Robot Arm) – robot đa kh p ho t đ ng theo phớ ạ ộ ương n m ngang ­ phát minh đằ ượ ứ  c  ng

d ng nhi u trong lĩnh v c l p ráp chính xác cao t c đ  cao các linh ki n đi n t ụ ề ự ắ ố ộ ệ ệ ử

Hình 1­4 Quá trình phát tri n c a robotể ủ

c. Đào t o v  robotạ ề

Robot dùng trong công nghi p t  năm 1980 – khi t c đ  t  đ ng hóa trong công nghi pệ ừ ố ộ ự ộ ệ  tăng nhanh đã b t đ u th c hi n vai trò quan tr ng và đắ ầ ự ệ ọ ượ ức  ng d ng nhi u trong quá trình tụ ề ự 

đ ng hóa, và vi c đào t o kĩ s  liên quan đ n công ngh  robot đã độ ệ ạ ư ế ệ ược yêu c u. Đ  đáp  ngầ ể ứ  nhu c u này, tr i dài su t đ u và gi a nh ng năm 1990, các con robot 6 tr c đa kh p theo chi uầ ả ố ầ ữ ữ ụ ớ ề  

th ng đ ng… đã đẳ ứ ược gi i thi u và công cu c dò đớ ệ ộ ường nh m đào t o ngành công ngh  robotằ ạ ệ  cũng đã được th c hi n. Tuy nhiên, đa ph n robot là s n ph m nh p kh u không th  s  d ngự ệ ầ ả ẩ ậ ẩ ể ử ụ  

được trong quá trình đào t o do nh ng khóa khăn v  phát tri n quá trình nh m m c đích giáoạ ữ ề ể ằ ụ  

d c hay duy tu b o trìụ ả

T  năm 1999, cùng v i robot, s  mô ph ng robot cũng đừ ớ ự ỏ ược cung c p, đ ng th i robotấ ồ ờ  dùng trong công nghi p đệ ượ ổc  n đ nh và t ng quát hóa. Bị ổ ước vào năm 2003, vi c đào t o côngệ ạ  ngh  robot ngày càng đệ ược phát tri n, t o ti n đ  cho s  phát tri n quá trình nh m đào t o côngể ạ ề ề ự ể ằ ạ  ngh  robot thông minh – robot đệ ược tuy n ch n nh  n n kĩ thu t trể ọ ờ ề ậ ưởng thành 10 năm tu i đ tổ ạ  

t i đ nh cao ớ ỉ

Nh ng quá trình này không đ n gi n. Công ngh  robot thông minh ph i đư ơ ả ệ ả ược phát tri nể  

m t cách toàn di n cùng v i các công ngh  liên quan thông qua vi c phát tri n k  thu t mangộ ệ ớ ệ ệ ể ỹ ậ  tính đ nh hị ướng m c tiêu trên c  s  lĩnh v c kĩ thu t ph c h p ph i đụ ơ ở ự ậ ứ ợ ả ược phát tri n trên n nể ề  

t ng kĩ thu t tiên ti n nh  c , đi n t , máy vi tính, khoa h c v  não… ả ậ ế ư ơ ệ ử ọ ề

Đ   ng d ng kĩ thu t ph c h p c n thi t trong công ngh  robot thông minh, yêu c u c nể ứ ụ ậ ứ ợ ầ ế ệ ầ ầ  

có s  thay đ i v  giáo viên và trự ổ ề ường h c, h c sinh… ọ ọ

d. Các ví d  minh h a v  quá trình đào t o công ngh  robot s  d ng trong ngànhụ ọ ề ạ ệ ử ụ  công nghi p ệ

Hình 1­5 S  đ  ti n trình c a quá trình đào t o v  robotơ ồ ế ủ ạ ề

e. Các ví d  minh h a v  quá trình đào t o công ngh  robot thông minhụ ọ ề ạ ệ

Hình 1­6 Ví d  v  đào t o công ngh  robot thông minhụ ề ạ ệ

2. Nh ng  ng d ng đi n hình c a Rô bôt ữ ứ ụ ể ủ

a) T  đ ng hóa và robotự ộ

 T  đ ng hóa (Automation; c  khí t  đ ng, h  th ng t  đ ng) và robot là công ngh  cóự ộ ơ ự ộ ệ ố ự ộ ệ  liên quan m t thi t l n nhau. T  đ ng hóa trong ngành công nghi p là ‘v i vai trò là k  thu t đoậ ế ẫ ự ộ ệ ớ ỹ ậ  

đ c . đi u khi n thao tác, vi c ch  t o mang tính c  khí, đi n t , là m t k  thu t liên quan đ nạ ề ể ệ ế ạ ơ ệ ử ộ ỹ ậ ế  

h  th ng mà l y máy vi tính làm n n t ng c  b n’. K  thu t này đang đệ ố ấ ề ả ơ ả ỹ ậ ượ ức  ng d ng đa d ngụ ạ  trong nhi u ngành công nghi p nh  h  th ng đi u khi n ph n h i, dây chuy n ch  t o, c  khíề ệ ư ệ ố ề ể ả ồ ề ế ạ ơ  dùng trong l p đ t t  đ ng hóa, c  khí CNC, robot…  ắ ặ ự ộ ơ

 Robot có th  coi là m t hình th c c a k  thu t t  đ ng hóa công nghi p cùng vể ộ ứ ủ ỹ ậ ự ộ ệ ớ ệ i h

th ng công nghi p này thay th  cho thao tác c a con ngố ệ ế ủ ười. Vì robot ph c v  công nghi p đụ ụ ệ ượ  c

s  d ng trong h  th ng ngành công nghi p đang đử ụ ệ ố ệ ượ ử ục s  d ng theo m c đích trên c  s  nguyênụ ơ ở  

t c chung trong h  th ng ch  t o, nên có th  g i là thi t b  máy móc có chắ ệ ố ế ạ ể ọ ế ị ương trình  mang đ cặ  tính con người. Robot ph c v  ngành công nghi p dù không có hình dáng c a con ngụ ụ ệ ủ ười và không c n hành đ ng gi ng con ngầ ộ ố ười. Có nhi u trề ường h p robot ph c v  ngành công nghi pợ ụ ụ ệ  

được c  đ nh vào sàn c a nhà máy, và có nhi u trố ị ủ ề ường h p mà c  s  di chuy n đó cũng đợ ả ự ể ượ  c

th c hi n theo cánh tay   m t bên. ự ệ ở ộ

    a. H  th ng robot hàn đi n khung xe motoệ ố ệ       b. Robot đóng gói Palletizing 

Hình 1­7 Robot t i xạ ưởng công nghi pệ

3. M t s  đ nh nghĩa ộ ố ị

3.1 Ngành c  đi n t  & rô b tơ ệ ử ố

Thông thường, robot không nh t thi t ph i gi ng v i hình dáng con ngấ ế ả ố ớ ười. Do đó, v nẫ  không có máy t  đ ng có nhi u kh  năng và có th  x  lý công vi c đự ộ ề ả ể ử ệ ược nh  con ngư ười. 

C u t o c  b n c a robot dùng trong công nghi p đấ ạ ơ ả ủ ệ ược phân lo i thành lo i theo t a đạ ạ ọ ộ 

đ ­các, h  t a đ  c c, lo i đa kh p. Robot có hình dáng g n v i chân c a con ngề ệ ọ ộ ự ạ ớ ầ ớ ủ ười nh t làấ  robot đa kh p. Lo i robot đa kh p này n u so v i con ngớ ạ ớ ế ớ ười thì có các đi m gi ng nhau nhể ố ư sau

Hình 2­1 So sánh con người và robot

Robot dùng trong công nghi p thông thệ ường có m t s  lộ ố ượng c m bi n không nhi u nhả ế ề ư 

c m bi n góc đ  đo c m giác c a các kh p, c m bi n l c mà đả ế ể ả ủ ớ ả ế ự ược xác nh n là gây nguy hi mậ ể  khi c m n m di chuy n v t th … M t khác, con ngầ ắ ể ậ ể ặ ười có 5 giác quan (c m bi n) tuy t di uả ế ệ ệ  

nh  m t (th  giác), tai (thính giác), mũi (kh u giác), lư ắ ị ứ ưỡi (v  giác), da (xúc giác). Và cũng có cị ả 

c m giác c m nh n đả ả ậ ược toàn b  nhi t đ  trên b  m t da c a c  th , c m giác c m nh n độ ệ ộ ề ặ ủ ơ ể ả ả ậ ượ  c

n i đau.  Các nghiên c u d  đ nh đ  t o cho robot nh ng c m giác này ho c có đỗ ứ ự ị ể ạ ữ ả ặ ược kh  năngả  

h c t p này đang đọ ậ ược di n ra liên t c trên kh p th  gi i.ễ ụ ắ ế ớ

Tuy nhiên, robot có m t đ c tr ng có kh  năng mà con ngộ ặ ư ả ười tuy t đ i không th  Đó làệ ố ể  

kh  năng có th  làm vi c trong th i gian dài c  ngày l n đêm v i t t đ  nhanh mà con ngả ể ệ ờ ả ẫ ớ ố ộ ườ  ituy t đ i không th  đ t đệ ố ể ạ ược mà không m t m i, không c n ngh  và không có c  s  b t mãnệ ỏ ầ ỉ ả ự ấ  than phi n.ề

1.1.1.1.1.1.1 a. Tìm hi u v  robotể ề

B  d n đ ng là c  c u truy n đ ng gi ng nh  đ ng c  ho c xy lanh –b  ph n mà đ ngộ ẫ ộ ơ ấ ề ộ ố ư ộ ơ ặ ộ ậ ộ  

l c đự ược cung c p thông qua ngu n đi n, ngu n áp su t không khí, b  ngu n th y áp… và t oấ ồ ệ ồ ấ ộ ồ ủ ạ  

c  đ ng cho robot. B  ph n này có ch c năng đáp  ng đử ộ ộ ậ ứ ứ ượ ơ ắc c  b p n u nói theo cách mô t  cế ả ơ 

th  con ngể ười

    3) B  ph n thông tin ộ ậ

Là thi t b  truy n thông tin ho c truy n ch  th  đ n robot nh  vào b  đi u khi n t  xa. Bế ị ề ặ ề ỉ ị ế ờ ộ ề ể ừ ộ 

ph n này có th  ví nh  tai (thi t b  nh n thông tin âm thanh), mi ng (thi t b  phát thông tin âmầ ể ư ế ị ậ ệ ế ị  thanh), mũi (thi t b  nh n thông tin v  mùi).  ế ị ậ ề

  4) Máy vi tính đi u khi n ề ể

V i vai trò là máy ch  x  lý thông qua tín hi u t  máy vi tính siêu nh  dùng đ  x  lý, tínhớ ủ ử ệ ừ ỏ ể ử  toán các thông tin v t lý (nhi t đ , ánh sáng, âm thanh…) mà c m bi n đậ ệ ộ ả ế ược b  trí   nhi u chố ở ề ỗ bên trong robot phát hi n ra, đệ ược ví nh  hai não c a con ngư ủ ười.  

  5) B  thao tác (end effecter) ộ

Là tên g i chung c a các máy móc ho c d ng c  nh  tay k p dùng đ  gi  v t tác nghi p,ọ ủ ặ ụ ụ ư ẹ ể ữ ậ ệ  súng phun dùng đ  s n đ  v t, ti p đi m đi n c c c a que hàn đi m, m  hàn c a vi c hàn, mũiể ơ ồ ậ ế ể ệ ự ủ ể ỏ ủ ệ  khoan, máy mài, máy c t b ng tia nắ ằ ước…. Các thi t b  đế ị ược g n li n v i đ u cánh tay c aắ ề ớ ầ ủ  robot đ  s  d ng.ể ử ụ

Người ta cũng g i b  ph n này là ‘b  ph n tác đ ng’, nh ng có nhi u trọ ộ ậ ộ ậ ộ ư ề ường h p ghi làợ  

‘b  thao tác’(end effecter) trong các tài li u ghi chép v  robot. B  ph n này tộ ệ ề ộ ậ ương  ng nh  tayứ ư  

c a con ngủ ười.  

    6) Tay máy (manipulator)

Là b  ph n làm vi c c u thành cánh tay, tay k p c  b n d a trên c  ch  liên k t. N u víộ ậ ệ ấ ẹ ơ ả ự ơ ế ế ế  

v i b  ph n c a con ngớ ộ ậ ủ ười thì nó tương  ng v i cái chân. ứ ớ

7) Ngu n năng l ồ ượ ng

Là ngu n năng lồ ượng cung c p cho các ho t đ ng c a robot và có th  tích lũy đấ ạ ộ ủ ể ược gi ngố  

nh  pin. Trư ường h p robot không có ngu n năng lợ ồ ượng đ c l p c n s  d ng dây đi n ho c  ngộ ậ ầ ử ụ ệ ặ ố  

đ  cung c p đi n ho c áp l c khí (th y áp) t  bên ngoài cho robot. Các phể ấ ệ ặ ự ủ ừ ương ti n giao thôngệ  (nh ng cái mà cũng có th  nghĩ là robot c  l n) nh  máy bay, tàu, xe ô tô đ u có ngu n năngữ ể ỡ ớ ư ề ồ  

lượng là nhiên li u ph n l c, d u n ng, gasoline…, và nh ng ngu n năng lệ ả ự ầ ặ ữ ồ ượng đó cũng tươ  ng

ng nh  th c ph m đ i v i con ng i.  

ứ ư ự ẩ ố ớ ườ

b. C m bi n (sensor)ả ế

Là thi t b  chuy n hóa thông qua tín hi u đi n sau khi nh n đế ị ể ệ ệ ậ ược thông tin ho c hi nặ ệ  

tượng mang tính v t lý c a bên ngoài (môi trậ ủ ường bên ngoài mà robot đượ ắc l p đ t) hay bênặ  trong (chân c a robot, hay v  trí ho c góc đ  c a bô thao tác). B  ph n này tủ ị ặ ộ ủ ộ ậ ương  ng v i 5 c mứ ớ ả  giác c a con ngủ ười.  

Hình 2­3 Y u t  c u thành h  th ng robotế ố ấ ệ ố

4. Phân lo i Rô bôt ạ

Bài 02:  Các chuy n đ ng c  b n cu  Robot công nghi p ể ộ ơ ả ả ệ

1. Các khái ni m ban đ u ệ ầ

H  to  đệ ạ ộ

Đ  kh o sát chuy n đ ng  c a các khâu, ta thể ả ể ộ ủ ường dùng phương pháp h  to  đ  tham chi uệ ạ ộ ế  (reference frame) hay h  to  đ  c  s  nh  c  h c lý thuy t đã trình bày. B ng cách “g n c ng” lên m iệ ạ ộ ơ ở ư ơ ọ ế ằ ắ ứ ỗ  khâu đ ng th  k m t h  tr c to  đ  vuông góc (Oxyz)ộ ứ ộ ệ ụ ạ ộ k ­ còn g i là các h  to  đ  tọ ệ ạ ộ ương đ i và g n c ngố ắ ứ  

v i giá c  đ nh h  tr c to  đ  vuông góc (Oxyz)ớ ố ị ệ ụ ạ ộ o ­ còn g i là h  to  đ  tuy t đ i, h  to  đ  tham chi uọ ệ ạ ộ ế ố ệ ạ ộ ế  hay h  to  đ  c  s , ta có th  kh o sát chuy n đ ng c a m t khâu b t k  trên tay máy ho c chuy n đ ngệ ạ ộ ơ ở ể ả ể ộ ủ ộ ấ ỳ ặ ể ộ  

c a m t đi m b t k  thu c khâu.ủ ộ ể ấ ỳ ộ

To  đ  c a đi m M thu c kh u th  k đạ ộ ủ ể ộ ấ ứ ược xác đ nh b i bán kính vect   v i các thành ph nị ở ơ ớ ầ  

tương  ng c a nó trong h  to  đ  (oxyz), g n c ng v i khâu l n lứ ủ ệ ạ ộ ắ ứ ớ ầ ượt là xM(k), yM(k), zM(k) được g i là ọ toạ 

đ  tộ ương đ iố  c a đi m. M u M là đi m c  đ nh trên khâu thì to  đ  tủ ể ế ể ố ị ạ ộ ương đ i c a M s  không thay đ iố ủ ẽ ổ  khi khâu chuy n đ ng.ể ộ

Dướ ại d ng ma tr n ta có th  bi u di n:ậ ể ể ễ

nh ng cách khác nhau đ  đ a các khâu tác đ ng cu i t i v  trí và hữ ể ư ộ ố ớ ị ướng mong mu n.ố

G i qọ 1, q2,   qn là các to  đ  suy r ng( bi n kh p ) ạ ộ ộ ế ớ tương  ng v i các y u t  chuy n đ ngứ ớ ế ố ể ộ  

tương đ i gi a các khâu, ta có th  bi u di n:ố ữ ể ể ễ

xM = xM (q1, q2,  , qn)

yM = yM (q1, q2,  , qn) (3.2)

zM = zM (q1, q2,  , qn)

M t khi đ  c p t i chuy n đ ng, bi n đ c l p th c s  c a các to  đ  suy r ng là th i gian t.ộ ề ậ ớ ể ộ ế ộ ậ ự ự ủ ạ ộ ộ ờ  

B ng cách thi t l p các hàm to  đ  trong (3.2) v i các bi n v  trí là hàm c a th i gian q = q(t) ta s  đằ ế ậ ạ ộ ớ ế ị ủ ờ ẽ ượ  c

phương trình chuy n đ ngc a đi m M th  hi n dể ộ ủ ể ể ệ ướ ại d ng các hàm to  đ  Xạ ộ M = XM(t), YM = YM(t), ZM = 

ZM(t). S  thay đ i v  trí c a đi m M theo th i gian trong không gian ho t đ ng c a tay máy cho ta kháiự ổ ị ủ ể ờ ạ ộ ủ  

ni m ệ Qu  đ oỹ ạ  (trajcetory) c a đi m.ủ ể

­ Bài toán đ ng h c thu nộ ọ ậ

Cho trước c  c u và quy lu t c a các y u t  chuy n đ ng th  hi n b ng các to  đ  suy r ng qơ ấ ậ ủ ế ố ể ộ ể ệ ằ ạ ộ ộ  

ta ph i xác đ nh quy lu t chuy n đ ng c a đi m trên khâu tác đ ng cu i nói riêng ho c c a đi m b t kả ị ậ ể ộ ủ ể ộ ố ặ ủ ể ấ ỳ trên m t khâu nào đó c a tay máy nói chung trong h  tr c to  đ  vuông góc (h  tr c to  đ  Descartes).ộ ủ ệ ụ ạ ộ ệ ụ ạ ộ

Bài toán đ ng h c thu n   tay máy có n i dung g n gi ng nh  bài toán phân tích đ ng h c cộ ọ ậ ở ộ ầ ố ư ộ ọ ơ 

c u.ấ

­ Bài toán đ c h c ngộ ọ ược

Cho trước c  c u và quy lu t chuy n đ ng c a đi m trên khâu tác đ ng cu i (ho c quy lu tơ ấ ậ ể ộ ủ ể ộ ố ặ ậ  chuy n đ ng c a khâu cu i bao g m v  trí và hể ộ ủ ố ồ ị ướng c a nó) đủ ược bi u di n trong h  tr c to  đ  vuôngể ễ ệ ụ ạ ộ  góc, ta ph i xác đ nh quy lu t chuy n đ ng c a các khâu thành viên th  hi n thông qua các to  đ  suyả ị ậ ể ộ ủ ể ệ ạ ộ  

r ng q. Khi gi i quy t v n đ  có nhi u l i gi i bài toán ngộ ả ế ấ ề ề ờ ả ược người ta đ a ra các ràng bu c v  m tư ộ ề ặ  

đ ng h c đ i v i các tay máy ho t đ ng bên trong c a vùng không gian làm vi c c a nó (g i là khôngộ ọ ố ớ ạ ộ ủ ệ ủ ọ  gian có b c t  do th a ­ redundancy) ho c đ t ra v n đ  ph i t i  u hoá ho t đ ng c a tay máy theo m tậ ự ừ ặ ặ ấ ề ả ố ư ạ ộ ủ ộ  hàm m c tiêu nào đó đ  ch n l i gi i phù h p nh t.ụ ể ọ ờ ả ợ ấ

Hình2.1­ S  đ  môta khái ni m c a các bài toán đ ng h c tay máy ơ ồ ệ ủ ộ ọ

­ S  b c t  doố ậ ự  hay b c chuy n đ ng c a tay máy là s  kh  năng chuy n đ ng đ c l p c a nóậ ể ộ ủ ố ả ể ộ ộ ậ ủ  trong không gian ho t đ ng.ạ ộ

­ Thông thường các tay máy có trên m t b c t  do. ộ ậ ự

­ Trong lĩnh v c robot h c (robottic) ngự ọ ười ta hay g i m i kh  năng chuy n đ ng (có th  làọ ỗ ả ể ộ ể  chuy n đ ng th ng; d c theo ho c song song v i m t tr c, ho c chuy n đ ng quay quanh tr c) là m tể ộ ẳ ọ ặ ớ ộ ụ ặ ể ộ ụ ộ  

tr c, tụ ương  ng theo đó là m t to  đ  suy r ng dùng đ  xác đ nh v  trí c a tr c trong không gian ho tứ ộ ạ ộ ộ ể ị ị ủ ụ ạ  

đ ng.ộ

­ M i tr c c a tay máy đ u có c  c u tác đ ng và c m bi n v  trí đỗ ụ ủ ề ơ ấ ộ ả ế ị ược đi u khi n b i m t bề ể ở ộ ộ 

x  lý riêng.ử

­Thông qua các kh o sát th c t , ngả ự ế ười ta nh n th y là đ  nâng cao đ  linh ho t c a tay máy sậ ấ ể ộ ạ ủ ử 

d ng trong công nghi p, các tay máy ph i có s  b c chuy n đ ng cao. Tuy nhiên, ụ ệ ả ố ậ ể ộ s  b c ố ậ  chuy n đ ngể ộ  

này không nên quá sáu. ­ Sáu b c chuy n đ ng đậ ể ộ ược b  trí g m:ố ồ

• Ba b c chuy n đ ng c  b n hay chuy n đ ng đ nh v ậ ể ộ ơ ả ể ộ ị ị

• Ba b c chuy n đ ng b  sung hay chuy n đ ng đ nh hậ ể ộ ổ ể ộ ị ướng

a. B c chuy n đ ng c  b n hay chuy n đ ng đ nh vậ ể ộ ơ ả ể ộ ị ị

+ V  m t nguyên lý c u t o, tay máy là m t t p h p các khâu đ ng đề ặ ấ ạ ộ ậ ợ ộ ược liên k t v i nhau thôngế ớ  qua các kh p đ ng đ  hình thành m t chu i đ ng h  ớ ộ ể ộ ỗ ộ ở

+ Kh p đ ng đớ ộ ược s  d ng trên các tay máy thử ụ ường là các kh p lo i 5 (kh p t nh ti n ho cớ ạ ớ ị ế ặ  

kh p quay lo i 5)­  ớ ạ

+  Tay máy có s  chuy n đ ng đ c l p thố ể ộ ộ ậ ường là t  ba tr  lên (dừ ở ưới đây ta s  g i là b c t  doẽ ọ ậ ự  hay b c chuy n đ ng).ậ ể ộ

+ Các chuy n đ ng đ c l p có th  là các chuy n đ ng t nh ti n ho c chuy n đ ng quay  Nhể ộ ộ ậ ể ể ộ ị ế ặ ể ộ ư 

v y ậ khái ni m b c t ệ ậ ự do hay b c chuy n đ ng ậ ể ộ  cũng chính là s  kh  năng chuy n đ ng đ c l p ố ả ể ộ ộ ậ  mà m tộ  tay máy có th  th c hi n để ự ệ ược

Hình 2.2: S  đ  c u t o c a Robot Olivetli có hai tay máy (tr51) ơ ồ ấ ạ ủ

b. B c chuy n đ ng b  sungậ ể ộ ổ  (b c chuy n đ ng đ nh hậ ể ộ ị ướng)

+ M t tay máy đ u yêu c u m t b  ph n công tác trang b    khâu tác đ ng cu i (End Effector),ộ ề ầ ộ ộ ậ ị ở ộ ố  

có th  là m t b  g p, k p ho c súng phun s n, phun v a,  ng d n dây hàn,v.v  ể ộ ộ ắ ẹ ặ ơ ữ ố ẫ

+ Đ  hoàn toàn đ nh hể ị ướng đ n t  th  làm vi c v i đ i tế ư ế ệ ớ ố ượng thao tác cũng c n t i thi u ầ ố ể ba b c ậ   chuy n đ ng ể ộ , tương t  ự nh  các chuy n đ ng xoay ư ể ộ  c a ủ c  tay ng ổ ườ ;  i

        3. Nhi m v  l p trình đi u khi n rô b tệ ụ ậ ề ể ố

L p trình đi u khi n robot th  hi n m i quan h  gi a ng i đi u khi n vàậ ề ể ể ệ ố ệ ữ ờ ề ể  robot công nghi p.ệ  Tính ph c t p c a vi c l p trình càng tăng khi các  ng d ng côngứ ạ ủ ệ ậ ứ ụ  nghi p đòi h i s  d ng đ ng th iệ ỏ ử ụ ồ ờ  nhi u robot v i các máy t  đ ng kh  l p trình khácề ớ ự ộ ả ậ  t o nên h  th ng s n xu t t  đ ng linh ho t.ạ ệ ố ả ấ ự ộ ạ  Robot   khác   v i   các   máy   t   đ ng   c   đ nh  ớ ự ộ ố ị ở   tính   linh   ho t,   nghĩa   là   có   th   l pạ ể ậ  trình được (Programmable : kh  l p trình). Không nh ng ch  có các chuy n đ ng c aả ậ ữ ỉ ể ộ ủ  robot mà ngay cả 

vi c s  d ng các c m bi n cũng nh   nh ng thông tin quan h  v iệ ử ụ ả ế ư ữ ệ ớ  máy t  đ ng khác trong phân x ngự ộ ở  cũng có th  l p trình. Robot có th  d  dàng thíchể ậ ể ễ  nghi v i s  thay đ i c a nhi m v  s n xu t b ng cáchớ ự ổ ủ ệ ụ ả ấ ằ  thay đ i chổ ương trình đi uề  khi n nó.ể

     4. H  to  đ  và vùng làm vi cệ ạ ộ ệ

      ­ Tay máy to  đ  vuông gócạ ộ

Robot ho t đ ng trong h  to  đ  này đạ ộ ệ ạ ộ ược minh ho  nh  hình 2.3 bao g m ba chuy n đ ng đ nhạ ư ồ ể ộ ị  

v  X, Y, Z theo các tr c to  đ  vuông góc.ị ụ ạ ộ

Hình 2.3­ S  đ  robot ho t đ ng trong h  to  đ  vuông góc (tr52) ơ ồ ạ ộ ệ ạ ộ

Hình 2.4­ M t d ng robot ho t đ ng trong h  to  đ  vu ng góc (tr52) ộ ạ ạ ộ ệ ạ ộ ố

ng d ng chính

Ứ ụ  c a robot lo i này là các thao tác ủ ạ v n chuy n ậ ể  v t li u, s n ph m, đúc, d p, ch tậ ệ ả ẩ ậ ấ  

d  hàng hoá, l p ráp các chi ti t máy, v.v ỡ ắ ế

u đi m:

­ Không gian làm vi c l n, có th  dài đ n 20m.ệ ớ ể ế

­ Đ i v i lo i g n trên tr n s  dành đố ớ ạ ắ ầ ẽ ược di n tích sàn l n cho các công vi c khác. ệ ớ ệ

­ H  th ng đi u khi n đ n gi n.ệ ố ề ể ơ ả

  ­ Tay máy to  đ  trạ ộ ụ

Hình 2.6 tiêu bi u cho m t robot  ho t đ ng trong h  to  đ  tr  Trong ba chuy n đ ng chính,ể ộ ạ ộ ệ ạ ộ ụ ể ộ  robot được trang b  hai chuy n đ ng t nh ti n và m t chuy n đ ng quay.ị ể ộ ị ế ộ ể ộ

Hình 2.4­ Không gian ho t đ ng c a robot to  đ  tr  (tr53) ạ ộ ủ ạ ộ ụ

Hình 2.5­ M t d ng robot ho t đ ng trong h  to  đ  tr  (tr53) ộ ạ ạ ộ ệ ạ ộ ụ

u đi m:

(1) có kh  năng chuy n đ ng ngang và sâu vào trong các máy s n xu t.ả ể ộ ả ấ

(2) C u trúc theo chi u d c c a máy đ  l i nhi u kho ng tr ng cho sàn.ấ ề ọ ủ ể ạ ề ả ố

(3) K t c u v ng ch c, có kh  năng mang t i l n.ế ấ ữ ắ ả ả ớ

Hình 2.6­ Không gian ho t đ ng c a robot to  đ  c u (tr55) ạ ộ ủ ạ ộ ầ

Hình 2.7­  Robot hàn  ho t đ ng trong to  đ  c u c a hãng FANUC ạ ộ ạ ộ ầ ủ

Lo i c u hình d  th c hi n nh t đạ ấ ễ ự ệ ấ ượ ức  ng d ng cho robot là d ng kh p n i b n l  và k  đó làụ ạ ớ ố ả ề ế  

d ng ba tr c th ng, g i t t là d ng SCARA ( Selective Compliance Articulated Robot Actuator). D ng nàyạ ụ ẳ ọ ắ ạ ạ  

và d ng to  đ  tr  là ph  c p nh t trong  ng d ng công nghi p b i vì chúng cho phép các nhà s n xu tạ ạ ộ ụ ổ ậ ấ ứ ụ ệ ở ả ấ  robot s  d ng m t cách tr c ti p và d  dàng các c  c u tác đ ng quay nh  các đ ng c  đi n,đ ng c  đ uử ụ ộ ự ế ễ ơ ấ ộ ư ộ ơ ệ ộ ơ ầ  

ép, khí nén

Hình 2.8­ Không gian ho t đ ng c a robot toàn kh p b n l ạ ộ ủ ớ ả ề

Hình 2.9­ Robot motoman SV3X d ng toàn kh p b n l   ụ ớ ả ề

(2) V  m t hình h c, c u hình d ng kh p n i b n l  v i ba tr c quay b  trí theo phề ặ ọ ấ ạ ớ ố ả ề ớ ụ ố ương th ngẳ  

đ ng là d ng đ n gi n và có hi u qu  nh t trong trứ ạ ơ ả ệ ả ấ ường h p yêu c u g p và đ t chi ti t theo phợ ầ ắ ặ ế ươ  ng

ba chuy n đ ng đ nh hể ộ ị ướng d ng ba chuy n đ ng quay quanh ba tr c vuông góc, g m:ạ ể ộ ụ ồ

• Chuy n đ ng xoay c  tay (ROLL), góc quay ể ộ ổ ρ

• Chuy n đ ng g p c  tay (PITCH), góc quay ể ộ ậ ổ δ

• Chuy n đ ng l c c  tay (YAW), góc quay ể ộ ắ ổ ε

Hình 2.13­ C  tay 3 b c t  do trên robot Hobart Motoman  ổ ậ ự

Hai chuy n đ ng ể ộ g p ậ  (PITCH) và l c ắ  c  tay (YAW) th c hi n trên hai ổ ự ệ ph ươ ng vuông góc. 

Lo i robot SCARA không c n thi t ph i b  sung các chuy n đ ng d ng này vì đi u đó s  pháạ ầ ế ả ổ ể ộ ạ ề ẽ  

v  đ c tr ng ho t đ ng c a nó. ỡ ặ ư ạ ộ ủ

Hình 2.14­ Cách b  trí đ ng c  truy n đ ng cho c  tay trên robot hàn Unimation Puma ố ộ ơ ề ộ ổ

B ng dả ưới đây trình bày m t s  kh  năng ph i h p các b c chuy n đ ng chính (1, 2, 3) và cácộ ố ả ố ợ ậ ể ộ  chuy n đ ng đ nh hể ộ ị ướng có tính ch t tham kh o.ấ ả

4 0; 1: 2; 3 4/0: 5/1: 6/2: 7/3

1.4. C u hình to  đ  đ  các ấ ạ ộ ề

Kh  năng nh n bi t (Perception) tình tr ng c a b n thân và bên ngoài, kh  năng nh nả ậ ế ạ ủ ả ả ậ  

th c (Cognition) b ng phán đoán trên c  s  đó, và kh  năng v n đ ng (Manipulation) mà đứ ằ ơ ở ả ậ ộ ượ  c

kh  năng nh n th c quy t đ nh.ả ậ ứ ế ị

a.Robot t a đ  đ ­cácọ ộ ề b. Robot đa kh pớ  

xoay trên m t ph ngặ ẳ c. Robot đa kh p xoayớ  

theo chi u th ng đ ngề ẳ ứ d.Robot t a đ  trọ ộ ụHình 1­2  Robot dùng trong công nghi pệ

3.1  Rô bôt c  đ nh trên n n, dùng to  đ  đ  các và to  đ  tr ố ị ề ạ ộ ề ạ ộ ụ

3.2  Rô bôt c  đ nh trên n n, dùng h  to  đ  c u ố ị ề ệ ạ ộ ầ

3.3  Rô bôt treo.

        Bài 3:  Đ ng h c và đ ng l c h c Rô bôt ộ ọ ộ ự ọ

M c tiêu:  ụ        Th i ờ   gian: 15 giờ

­ N m đ ắ ượ c các thông s  c a  ố ủ Rô bôt

­ Xây d ng h  ph ự ệ ươ ng trình đ ng h c c a  ộ ọ ủ Rô bôt (bài toán thu n) và gi i ậ ả   (bài toán ng ượ c).

­ Xây d ng ph ự ươ ng trình đ ng l c h c ộ ự ọ

­ Ch  đ ng, sáng t o và an toàn trong quá trình h c t p ủ ộ ạ ọ ậ

1. Ph ươ ng trình đ ng h c  ộ ọ Rô bôt.

1.1. Khái ni m chung ệ

1.2. B  thông s  DH ộ ố

1.3. Đăc tr ng c a ma tr n bi n đ i A ư ủ ậ ế ổ

1.4. Trình t  thi t l p h  ph ự ế ậ ệ ươ ng trình đ ng h c c a  ộ ọ ủ Rô bôt

2. Gi i h  ph ả ệ ươ ng trình đ ng h c  ộ ọ Rô bôt.

2.1. Các đi u ki n đ  gi i h  ph ề ệ ể ả ệ ươ ng trình đ ng h c ộ ọ

2.2. L i gi i c a phép bi n đ i Euler ờ ả ủ ế ổ

2.3. L i gi i c a phép bi n đ i Roll, Picth, Yaw ờ ả ủ ế ổ

 ­ N m đ ắ ượ c các ph n t  chính cu  Rô bôt ầ ử ả

T  đ ng hóa (Automation) th i gian đ u ch  đự ộ ờ ầ ỉ ượ ử ục s  d ng nh m tăng đ  chính xác c aằ ộ ủ  các thi t b  c  khí, tuy nhiên các h  th ng s n xu t s  lế ị ơ ệ ố ả ấ ố ượng l n đã giúp m  r ng ph m vi c aớ ở ộ ạ ủ  

t  đ ng hóa. ự ộ

Trong th i k  đ u, công ngh  t  đ ng hóa đã đ  đ  làm th a mãn v  m t k  thu t songờ ỳ ầ ệ ự ộ ủ ể ỏ ề ặ ỹ ậ  cùng v i s  bi n hóa c a c u trúc ngành công nghi p, k  thu t c  khí và đi n t  k t h p v iớ ự ế ủ ấ ệ ỹ ậ ơ ệ ử ế ợ ớ  nhau t o nên m t lĩnh v c hoàn toàn m i là c  đi n t  (Mechatronics)ạ ộ ự ớ ơ ệ ử

 Đ  c u thành h  th ng đi u khi n có s  d ng k  thu t t  đ ng hóa trong nhi u lĩnh v cể ấ ệ ố ề ể ử ụ ỹ ậ ự ộ ề ự  công nghi p, c n ph i cung c p thông tin v  tr ng thái và s  bi n đ i c a h  th ng, đ  làmệ ầ ả ấ ề ạ ự ế ổ ủ ệ ố ể  

được vi c này c n ph i đệ ầ ả ược đo lường dù v i b t c  hình thái nào. ớ ấ ứ

 Trong h  th ng s n xu t theo công đo n, đo lệ ố ả ấ ạ ường d  đoán và đáp  ng yêu c u v  tr ngự ứ ầ ề ạ  thái hi n t i c a các y u t  c u thành h  th ng ho c đ  l n c a dung lệ ạ ủ ế ố ấ ệ ố ặ ộ ớ ủ ượng mang tính v t lýậ  hay hóa h c (bao g m c  ph n b  bi n đ i), liên k t v i h  th ng có ch c năng đi u khi n đọ ồ ả ầ ị ế ổ ế ớ ệ ố ứ ề ể ể 

t o nên kh  năng đi u khi n h  th ng. Trong quá trình này các c m bi n đóng vai trò quanạ ả ề ể ệ ố ả ế  

tr ng. ọ

Ch c năng nh n bi t trong s  đ  h  th ng do c m bi n đ m nh n. ứ ậ ế ơ ồ ệ ố ả ế ả ậ

 Hình  nh trong hình   phía trên là s  đ  h  th ng cho th y c u trúc c a m t h  th ngả ở ơ ồ ệ ố ấ ấ ủ ộ ệ ố  tiên ti n, đ  t o nên h  th ng không ch  là trang thi t b  ph n c ng mà là h  th ng đi u khi nế ể ạ ệ ố ỉ ế ị ầ ứ ệ ố ề ể  cao c p (t  đ ng hóa tiên ti n), ngấ ự ộ ế ười ta b  sung các y u t  thông tin hóa b ng cách liên k t v iổ ế ố ằ ế ớ  máy vi tính. Đ  có th  t o nên m t h  th ng hi n đ i nh  v y, ngể ể ạ ộ ệ ố ệ ạ ư ậ ười ta không ch  k t h p đ nỉ ế ợ ơ  

gi n các y u t  nh  áp l c, l c xu t, đi u khi n mà ph i tích h p c  k  thu t ph n m m,ả ế ố ư ự ự ấ ề ể ả ợ ả ỹ ậ ầ ề  

m ng, interface… ạ

 Theo đó t  Pentagol (5 y u t  l n) trong h  th ng t  đ ng hóa bao hàm y u t  nh pừ ế ố ớ ệ ố ự ộ ế ố ậ  (c m  ng), đi u khi n (quá trình x  lý), xu t (actuator), k  thu t ph n m m và k  thu tả ứ ề ể ử ấ ỹ ậ ầ ề ỹ ậ  interface. 

b. Đ nh nghĩa c m bi nị ả ế

B ng 6­1 <Th  ch  truy n đ t thông tin gi a ngả ể ế ề ạ ữ ười và c m bi n>ả ế

Sensor là t  latin mang nghĩa nh n bi t, nh n th c, c m nh n, xu t phát từ ậ ế ậ ứ ả ậ ấ ừ ừ t  sense; n uế  đem so sánh v i con ngớ ười thì gi ng nh  vi c thông qua 5 giác quan (m t, mũi, tai, lố ư ệ ắ ưỡi, da) để thu nh n 5 lo i c m giác (th  giác, kh u giác, thính giác, v  giác, xúc giác), các c m bi n có ch cậ ạ ả ị ứ ị ả ế ứ  năng nh n bi t các thay đ i v  lậ ế ổ ề ượng v t lý c a đ i tậ ủ ố ượng đ  ti n hành đ nh lể ế ị ượng.  

 V  c  b n, c m bi n là c  quan c m giác giúp hoàn thi n, tăng cề ơ ả ả ế ơ ả ệ ường ch c năng c a 5ứ ủ  

lo i giác quan c a con ngạ ủ ười, đ ng th i có ch c năng nh n bi t c  nh ng ph n mà con ngồ ờ ứ ậ ệ ả ữ ầ ườ  i

ch a phân bi t đư ệ ược. 

B ng ti p theo so sánh th  ch  truy n đ t thông tin c a đ ng v t (bao g m c  con ngả ế ể ế ề ạ ủ ộ ậ ồ ả ườ  i)

và c m bi n. ả ế

Có th  so sánh c m bi n và ch c năng c m giác c a con ngể ả ế ứ ả ủ ười nh  sau ư

B ng 6­2 So sánh chả ức năng c m giác c a thi t b  và đ ng v tả ủ ế ị ộ ậ

C m  ng hóa h cả ứ ọ C m  ng khíả ứ Kh u giácứ Mũi

C m  ng hóa h cả ứ ọ C m  ng Ionả ứ V  giácị Lưỡi

Máy th c hi n t p h p các thông tin c n thi t t i đ i tự ệ ậ ợ ầ ế ạ ố ượng đi u khi n và truy n về ể ề ề CPU, t i h  th ng n i dung đó đạ ệ ố ộ ược phân tích và xu t ra, đ ng th i th c hi n bấ ồ ờ ự ệ ước đo lườ  ng

đ u tiên. Đo lầ ường có nghĩa là so sánh giá tr  chu n và giá tr  đị ẩ ị ược đo đ  s  hóa nó, thông tinể ố  

được đo lường v  c  b n s  đề ơ ả ẽ ược truy n t i đ n các thi t b  k t n i khác. ề ả ế ế ị ế ố

 Ví d  vi c đo đ  dài, có th  d  dàng đ t đụ ệ ộ ể ễ ạ ược m c đích đo b ng cách dùng thụ ằ ướ ướ  c  mlên đ i tố ượng đo, tuy nhiên tùy theo t ng trừ ường h p mà thông tin s  đợ ẽ ược s  d ng cho máyử ụ  khác ho c h  th ng s  không th  tr c ti p nh n th c đặ ệ ố ẽ ể ự ế ậ ứ ược thông tin, do đó không th  ch  đoể ỉ  

lường d  li u m t cách riêng bi t mà tùy theo đi u ki n c a thông tin mà s  d ng các tính ch tữ ệ ộ ệ ề ệ ủ ử ụ ấ  liên quan đ  gia công­x  lý, đ  thông tin hóa d  li u. Đây chính là m t ph n quan tr ng c a kể ử ể ữ ệ ộ ầ ọ ủ ỹ thu t c m  ng và   th i đi m hi n t i quá trình này do máy tính đ m nhi m. ậ ả ứ ở ờ ể ệ ạ ả ệ

nh d i cho th y vai trò c a c m bi n trong tr ng h p đo đ  l n c a cá đ  s  d ng

thông tin v  đ  l n đó. Đúng theo đ nh nghĩa c a c m bi n tín hi u đề ộ ớ ị ủ ả ế ệ ược đo lường đã đượ  cchuy n đ i thành tín hi u phù h p cho vi c s  d ng (tín hi u đi n năng) và liên k t t i thi t bể ổ ệ ợ ệ ử ụ ệ ệ ế ớ ế ị khác. 

Vi c s  d ng danh t  c m bi n di n ra khá g n đây song đã có r t nhi u lo i c m  ngệ ử ụ ừ ả ế ễ ầ ấ ề ạ ả ứ  

đượ ử ục s  d ng trong máy móc gia đình và máy móc công nghi p, và đang đệ ược đánh giá là y u tế ố 

h t nhân trong khoa h c công ngh  tiên ti n hay là k  thu t đi đ u trong công ngh  c  đi n tạ ọ ệ ế ỹ ậ ầ ệ ơ ệ ử 

và đang thu hút s  chú ý trong nghiên c u k  thu t. ự ứ ỹ ậ

 Nh  v y, cùng v i s  quan tâm ngày càng cao và xu hư ậ ớ ự ướng thông tin hóa, t  đ ng hóaự ộ  

c a xã h i công nghi p, c m bi n đủ ộ ệ ả ế ược coi là y u t  tr ng tâm c n thi t và h  th ng đi uế ố ọ ầ ế ệ ố ề  khi n đã mang m t hình th c m i. ể ộ ứ ớ

 H  th ng đi u khi n t  đ ng hóa ngày x a đệ ố ề ể ự ộ ư ược c u thành b i 3 b  ph n: ph n nh p,ấ ở ộ ậ ầ ậ  

ph n xu t và ph n đi u khi n. ầ ấ ầ ề ể

Hình 6­1 Vai trò c a c m bi nủ ả ế

Tuy nhiên g n đây, cùng v i s  ti n đ  c a k  thu t bán d n, vi c s  d ng c m bi nầ ớ ự ế ộ ủ ỹ ậ ẫ ệ ử ụ ả ế  

được áp d ng ngày càng nhi u khi n cho c u t o c a h  th ng đi u khi n đã bi n đ i nh  sauụ ề ế ấ ạ ủ ệ ố ề ể ế ố ư

Hình 6­2 V  trí c a c m bi n trong h  th ng đi u khi n ị ủ ả ế ệ ố ề ể

V  c  b n, h  th ng t  đ ng hóa đề ơ ả ệ ố ự ộ ược phân bi t b ng hình thái năng lệ ằ ượng s  d ng hayử ụ  

phương ti n s  d ng (có th  tham kh o trong b ng dệ ử ụ ể ả ả ưới đây). T t nhiên, ngòai các y u t  đấ ế ố ượ  c

th  hi n trong b ng còn có các y u t  c u thành h  th ng đóng vai trò bi n đ i năng lể ệ ả ế ố ấ ệ ố ế ổ ượng từ tín hi u đi n sang tín hi u khí nén nh  van đi n t , song có th  coi c m bi n là m t trongệ ệ ệ ư ệ ừ ể ả ế ộ  

nh ng y u t  c u thành h  th ng v i vai trò là y u t  nh p. ữ ế ố ấ ệ ố ớ ế ố ậ

B ng­6­3 V  trí c a c m bi n trong h  th ng đi u khi nả ị ủ ả ế ệ ố ề ể

Đi u khi n hề ể ướng/van non­

return/đi u khi n áp l c/vanề ể ự  

đi u khi n l u lề ể ư ượng 

đi n dungệ

R  leơ

C u giao đi n tầ ệ ử

Đi n/đ ng c  tuy nệ ộ ơ ế  tính/xylanh/Nam châm đi nệ

Đi nệ  

tử C m  ng analog ả ứ Logic Board/ µ­PP.L.C

Stepping xu t lo iấ ạ  analog/ đ ng cộ ơ servo Trong b ng trên nút b m thao tác b ng tay (Push Button S/W) hay nút b m gi i h n (Limitả ấ ằ ấ ớ ạ  S/W) không ch  đỉ ượ ử ục s  d ng m t cách quen thu c t  lâu nay mà còn độ ộ ừ ượ ử ục s  d ng m t cáchộ  thông d ng trong h  th ng nh  m t y u t  nh p khí nén trong trụ ệ ố ư ộ ế ố ậ ường h p c n nh n bi t m tợ ầ ậ ế ộ  

tr ng thái nào đó (nh  c m bi n). ạ ư ả ế

 Tuy nhiên, đ nh nghĩa chính xác h n v  c m bi n là “thi t b  ki m sóat lị ơ ề ả ế ế ị ể ượng v t lý hayậ  hóa h c c a v t th  ho c ki m soát lọ ủ ậ ể ặ ể ượng thay đ i đ  bi n đ i thành tín hi u đi n có th  sổ ể ế ổ ệ ệ ể ử 

d ng đụ ược”, theo đó c m bi n đả ế ược đ a vào n i dung c  s  c a lĩnh v c đi n. ư ộ ơ ở ủ ự ệ

 Transducer­ b  chuy n đ i có ý nghĩa tộ ể ổ ương t  v i Sensor­ c m bi n, song t  này đự ớ ả ế ừ ượ  cphân bi t v i c m bi n   ch  “là thi t b  chuy n đ i cho ra tín hi u xu t d   ng d ng và x  lý,ệ ớ ả ế ở ỗ ế ị ể ổ ệ ấ ễ ứ ụ ử  phù h p v i lợ ớ ượng đo lường “

 T c là c m bi n là thi t b  ti p nh n thông tin v  tr ng thái c a đ i tứ ả ế ế ị ế ậ ề ạ ủ ố ượng đo lường và chuy n qua tín hi u đi n, , còn b  chuy n đ i là thi t b  chuy n đ i thành tín hi u lể ệ ệ ộ ể ổ ế ị ể ổ ệ ượng v t lýậ  hay tín hi u phù h p v i tr ng thái c a v t đo lệ ợ ớ ạ ủ ậ ường. Tuy nhiên, vi c phân bi t s  d ng m tệ ệ ử ụ ộ  cách nghiêm ng t c m bi n và b  chuy n đ i r t khó và cũng không có lý do gì đ  phân bi t,ặ ả ế ộ ể ổ ấ ể ệ  

ch  có th  nói đây là 2 lo i thi t b  chuy n đ i khác nhau trong ph m vi r t h p.  ỉ ể ạ ế ị ể ổ ạ ấ ẹ

 M i quan h  gi a nh ng y u t  này đố ệ ữ ữ ế ố ược th  hi n trong hình  nh sauể ệ ả

Hình 6­3 C m bi n và b  chuy n đ iả ế ộ ể ổ

Hãy tham kh o b ng dả ả ưới đây đ  có th  d  dàng hi u h n khái ni m v  c m bi n và bể ể ễ ể ơ ệ ề ả ế ộ chuy n đ iể ổ

B ng 6­4: So sánh c m bi n và b  chuy n đ iả ả ế ộ ể ổ

N i dungộ C m bi nả ế B  chuy n đ iộ ể ổ

C m bi n ki m sóat là thi t b  thông tin c a đ i tả ế ể ế ộ ủ ố ượng và phát ra tín hi u mong mu nệ ố  

c a b  đi u khi n. Hãy cùng tìm hi u ý nghĩa c a tín hi u. ủ ộ ề ể ể ủ ệ

 Người đi b  s  d ng bộ ẽ ừ ước khi đèn báo hi u chuy n màu đ  Trong trệ ể ỏ ường h p này, tínợ  

hi u c a đèn tín hi u thông báo v  vi c  u tiên cho xe ô tô đi trong m t kh ang th i gian cệ ủ ệ ề ệ ư ộ ỏ ờ ố 

đ nh. T t nhiên vi c này cũng có th  đị ấ ệ ể ược th c hi n b ng tay c a c nh sát giao thông, nh ngự ệ ằ ủ ả ư  tín hi u trong c  2 trệ ả ường h p đ u thông báo v  tr ng thái giao thông. ợ ề ề ạ

 Đèn đ  trên lò đi n cho bi t lò đi n đang b t hay đang t t, đây cũng là m t lo i tín hi uỏ ệ ế ệ ậ ắ ộ ạ ệ  cung c p thông tin cho ngấ ườ ử ụi s  d ng. Ánh sáng trên lò sưởi đi n là tín hi u cho ngệ ệ ườ ử ụ  i s  d ng

bi t nhi t đ  đang cao hay th p. Gi ng nh  th , tín hi u đóng vai trò ngế ệ ộ ấ ố ư ế ệ ười truy n t i thông tin,ề ả  

c m bi n v  c  b n là thi t b  th c hi n b ng phả ế ề ơ ả ế ị ự ệ ằ ương pháp đi n năng vi c truy n t i thông tin.ệ ệ ề ả  

T c là ph n l n k t qu  xu t t  c m bi n có th  coi là tín hi u đi n. ứ ầ ớ ế ả ấ ừ ả ế ể ệ ệ

c. Cách phân bi t lo i c m bi n và các ch ng lo i c m bi n ệ ạ ả ế ủ ạ ả ế

K  thu t c m bi n là m t t  chuyên ngành k  thu t v  sensor trong gi i k  thu t d aỹ ậ ả ế ộ ừ ỹ ậ ề ớ ỹ ậ ự  trên n n t ng công ngh  k  thu t tích h p.V  m t  ng d ng tr i qua nhi u th  nghi m nghiênề ả ệ ỹ ậ ợ ề ặ ứ ụ ả ề ử ệ  

c u cho th y k  thu t c m bi n có tính  ng d ng m t cách linh ho t h n b t c  lĩnh v c kứ ấ ỹ ậ ả ế ứ ụ ộ ạ ơ ấ ứ ự ỹ thu t nào khác ,tuy nhiên nhìn t  góc đ  h  th ng thì v n đang trong tình tr ng còn y u kém .ậ ừ ộ ệ ố ẫ ạ ế

C m bi n sensor có kh  năng nh n bi t các lo i lả ế ả ậ ế ạ ượng v t lý, lậ ượng hóa h c, k  năng đoọ ỹ  

đ c đ nh lạ ị ượng và kh  năngả  ki m soátể  vi c th c hi n t  đ ng hóa. Thêm vào đó nhu c u nh nệ ự ệ ự ộ ầ ậ  

được thông tin m t cách nhanh chóng chính xác cũng là m t yêu c u độ ộ ầ ược đ t ra đ i v i cácặ ố ớ  

lo i máy c m bi n.ạ ả ế

B ng sau đây th  hi n thông s  đả ể ệ ố ược x  lý b i các b  sensor c m bi n , qua đó cho taử ớ ộ ả ế  

th y ph m vi c a nó vô cùng r ng l n.ấ ạ ủ ộ ớ

B ng 6­ 5: Phân bi t sensor c m bi nả ệ ả ế

Ch ng lo i ủ ạ Đ i tố ượng đo đ cạ

Máy móc Chi u dài, Đ  dày, áp su t ch t l ng, gia t c, gia t c hóa, góc quay, s  l n

quay, l c quay,kh i lự ố ượng, tr ng lọ ượng, áp l c, đ  chân không,  t c đ  gió,ự ộ ố ộ  

v n t c, l u lậ ố ư ượng, đ  rung ộ

Đi n ệ Ch n l u, ch n áp,hi n đi n áp, cấ ư ấ ệ ệ ường đ  dòng đi n, Inductanceộ ệ

Nhi t đệ ộ Nhi t đ , lệ ộ ượng nhi t, nhi t dung riêng ệ ệ

Ánh sáng T c đ  chi u sáng, đ  sáng, màu s c, tia c c tím, h ng ngo i, chuy n quangố ộ ế ộ ắ ự ồ ạ ể

Đ   mộ ẩ Đ   mộ ẩ

Âm thanh Cường đ  âm thanh , ti ng  n ộ ế ồ

B c x  ứ ạ Lượng b c x , t  l  b c x  ứ ạ ỷ ệ ứ ạ

Hóa h c ọ Đ  tinh khi t, n ng đ , thành ph n, PH, đ  d o, kích thộ ế ồ ộ ầ ộ ẻ ước h t, m t đ ,ạ ậ ộ  

tr ng lọ ượng riêng, khí, ch t l ng, đá r nấ ỏ ắ

C  th  s ngơ ể ố Nh p tim, đi n tâm đ , huy t áp, nhi t đ  c  th , máu, nh p tim, đ  bão hòaị ệ ồ ế ệ ộ ơ ể ị ộ  

oxy trong máu, huy t khí áp su t riêng ph n c a EEG, EMG, d n võng m c,ế ấ ầ ủ ẫ ạ  MCG

Thông tin  Analog, digital, phát thanh, truy n hìnhề

T n sầ ố T n s , th i gian ầ ố ờ

Theo b ng trên có th  th y do các sensor có th  x  lý các thông tin m t cách đa d ngả ể ấ ể ử ộ ạ  nhi u ch ng lo i và các thông tin tề ủ ạ ương thích (d  li u ) đữ ệ ược phân lo i b ng phạ ằ ương pháp Analog ho c Digital và theo đó tính năng ho t đ ng operation cũng nh  truy n d n cũng chính làặ ạ ộ ư ề ẫ  

m t y u t  mang tính chuyên sâu cao.ộ ế ố

Cùng v i s  phát tri n c a các thi t b  đi n t  thì tính  ng d ng c a các sensor c m bi nớ ự ể ủ ế ị ệ ử ứ ụ ủ ả ế  cũng được m  r ng kéo theo các s n ph m ch ng lo i sensor cũng vô cùng đa d ng khó có thở ộ ả ẩ ủ ạ ạ ể phân lo i .Chính vì v y cách thông thạ ậ ường nh t mà ngấ ười ta thường s  d ng đ  phân lo i cácử ụ ể ạ  máy sensor c m bi n là phân lo i theo c u hình, cũng nh  phân lo i t ng lo i tín hi u , phânả ế ạ ấ ư ạ ừ ạ ệ  

lo i theo t ng nguyên li u,và phân lo i theo công d ng.B ng dạ ừ ệ ạ ụ ả ưới đây cũng được được phân 

lo i theo t ng dòng Sensor c m bi n hóa h c, c m bi n khí và c m bi n v t lý tùy theo đ iạ ừ ả ế ọ ả ế ả ế ậ ố  

tượng c n đầ ược đo đ c, đ nh lạ ị ượng là ch t hóa h c, v t lý h c hay là đ ng h c.ấ ọ ậ ọ ộ ọ

B ng 6­6 : Phân lo i Sensorả ạ

Phân lo iạ Đ i tố ượng ki m traể Ch ng lo i Sensorủ ạ

C m bi nả ế  

đ ngộ

V t lý h cậ ọ Thi t b  đo bi n d ng, kháng bi nế ị ế ạ ế

T c đ , gia t c hóaố ộ ố Máy đo t c đ  d ng hình quay và máy đo gia t cố ộ ạ ố  

ti p nh n thông tin t  đ i tế ậ ừ ố ượng.C  th  nh  sau:ụ ể ư

C m bi n ch  đ ng(Active Sensor) :Thu c d ng c m bi n laze, c m bi n thả ế ủ ộ ộ ạ ả ế ả ế ường ho cặ  

c m bi n quang v i ch c năng là m t thi t b  cung c p năng lả ế ớ ứ ộ ế ị ấ ượng cho đ i tố ượng được đo 

lường thông qua hình th c ph i cung c p năng lứ ả ấ ượng t  bên ngoài, giám sát thông tin phát ra từ ừ 

đ i tố ượng đó, ho c ngu n năng lặ ồ ượng được cung c p t  bên ngoài chuy n hóa t  đ i tấ ừ ể ừ ố ượng đo 

lường thành d ng năng lạ ượng khác, phát hi n thông tin v  năng lệ ề ượng được chuy n hóa t  đó.ể ừ

Passtive Sensor : Thu c d ng C m bi n h ng ngo i ho c c m bi n pyroelectric.Là m tộ ạ ả ế ồ ạ ặ ả ế ộ  thi t b  x  lý thông tin phát ra t  v t th  đ i tế ị ử ừ ậ ể ố ượng được đo đ c mà không c n cung c p đi nạ ầ ấ ệ  

áp (Năng lượng) t  bên ngoài vào.ừ

Các lo i c m bi n đạ ả ế ược có th  để ược phân lo i b ng các bi n pháp nh  b ng dạ ằ ệ ư ả ưới đây

B ng 6 – 7: Bi n pháp phân lo i c m bi nả ệ ạ ả ế

hình D ng c  b n, d ng l p ráp, d ng đa ch  đ , đa ch c năng ạ ơ ả ạ ắ ạ ế ộ ứ

Máy móc D ng song song (ho c d ng nút hình h c), c m bi n tính v t li u (property sensorạ ),  d ng t  h p (analog & digital)ạặ ổ ợạ ọ ả ế ậ ệ material 

Phương pháp 

chuy n đ i ể ổ C  khí, nhi t, đi n, t , đi n t , quang h c, hóa h c và vi sinh v tơ ệ ệ ừ ệ ừ ọ ọ ậ

M c đích s  d ngụ ử ụ   Đ  đo lể ường, giám sát, ki m tra, ki m soátể ể

Lĩnh v c  ngự ứ  

d ng ụ Công nghi p, y t , phòng thí nghi m, hóa h c, quân s , hàng không vũ tr  ệ ế ệ ọ ự ụTheo nh  cách phân lo i trên có th  th y ch ng loai Sensor r t đa d ng tuy nhiên v  cư ạ ể ấ ủ ấ ạ ề ơ 

b n ngả ười ta thường phân lo i sensor theo các tín hi u đạ ệ ược phát hi n , đ i tệ ố ượng được sử 

d ng đ  phát hi n s  hi n di n d ng tín hi u  nh  phân (on / off lo i) và phát hi n các m i quanụ ể ệ ự ệ ệ ạ ệ ị ạ ệ ố  

h  gi a các c m bi n và  ng m c tiêu (kho ng cách, tr ng thái vv) d ng Analog là lo i phệ ữ ả ế ố ụ ả ạ ạ ạ ổ 

bi n.ế

 T t nhiên phấ ương pháp xu t thông tin đấ ược phân bi t theo tính liên t c và không liên t c c aệ ụ ụ ủ  

lượng v t lý t c th i gian (tr c X) và thông tin (tr c Y), t  đó tín hi u liên t c, tín hi u riêngậ ứ ờ ụ ụ ừ ệ ụ ệ  

bi t, tín hi u đi n t  có th  đệ ệ ệ ử ể ược b  sung, tuy nhiên không c n th  hi n đ y đ  các y u t  này.ổ ầ ể ệ ầ ủ ế ố  

Ch  khi 2 lo i tín hi u đỉ ạ ệ ượ ấc c p h p ho c h  th ng xu t tín hi u theo nhi u bợ ặ ệ ố ấ ệ ề ước khác nhau thì 

người đi u khi n c n bi t tín hi u có th  đề ể ầ ế ệ ể ược xu t ra dấ ưới hình thái tín hi u đi n tệ ệ ử

Hình dưới đây th  hi n các lo i hình thái c a tín hi uể ệ ạ ủ ệ

Hình 6­4 : Các lo i tín hi u ạ ệ

e. C m bi n đả ế ượ ức  ng d ng trong Robotụ

Các tính năng c m bi n thông tin   c p đ  h  th nả ế ở ấ ộ ệ ố g, tùy thu c vào kích thộ ước c a thi tủ ế  

b  trong nhi u l p, có th  phân bi t ị ề ớ ể ệ s  d ng h  th ngử ụ ệ ố  c m bi n đ  phân bi t gi a nh ng gìả ế ể ệ ữ ữ  thu c v  h  th ng phân c p, nên ch t lộ ề ệ ố ấ ấ ượng tương đ i c a m i th  đố ủ ỗ ể ược h n cạ h  đế ược h nạ  

ch  trong m t ph m vi tế ộ ạ ương đ i.Tuy nhiên xét v  khía c nh h  th ng hóa k  thu t Sessor đ cố ề ạ ệ ố ỹ ậ ặ  

bi t thì có th  phân chia ra thành h  th ng(system), Đ n v  (unit), c m bi n b  ph n (Part).ệ ể ệ ố ơ ị ả ế ộ ậ

trong các thi t b  ho c các lo iế ị ặ ạ  

h  th ng ệ ố TV. Camera, Công t c đi n quang ắ ệ

Component L p   ráp   thi t   b   c m   bi nchuyên d ng g n li n vào cácắ ụ ếắ ị ềả ế   

thi t b  máy móc đ c thù ế ị ặ

Đ u hi n th  quang h c , m t b  c mầ ể ị ọ ộ ộ ả  

bi n đ u vào ch t bán d nế ầ ấ ẫ

C m bi n đo t  đ ng dùng cho camera ả ế ự ộ

C m bi n kho ng cách dùng cho d ngả ế ả ạ  auto focus

Part L p   ráp   b   chuy n   đ i,   bchuy n đ i chínhắ ể ổ ộ ể ổ ộ  Photo interrupter, Photodiode

d. Tính năng c a Sensor c m bi nủ ả ế

Sensor c m bi n ph i có 3 kh  năng nh  sau: có th  suy nghĩ b ng các c  quan c m giácả ế ả ả ư ể ằ ơ ả  nhân t o …, nh n th c đạ ậ ứ ượ ực s  thay đ i lổ ượng v t lý c a các đ i tậ ủ ố ượng ki m tra và d  đoánể ự  

được nh ng s  thay đ i này m t cách có đ nh lữ ự ổ ộ ị ượng hoàn thi n kh  năng c a 5 giác quan màệ ả ủ  con người có. Chúng ta ph i bi t chính xác y u t  c n thi t là gì đ  c u thành nên robot có thả ế ế ố ầ ế ể ấ ể 

áp d ng r ng rãi cho các máy móc c ng nghi p hi n nay.ụ ộ ộ ệ ệ

1  Đo đ c, đ nh lạ ị ượng 

 Đ a ra nh ng thông tin d  li u m t cách chính xác nh m đ nh ra s  lư ữ ữ ệ ộ ằ ị ố ượng c n thi t choầ ế  các nghiên c u , quan tr c ho c ch  t o, s n xu t, giao d ch.ứ ắ ặ ế ạ ả ấ ị

2  Khám phá, phát hi n ệ

Thông   qua   s   thay   đ i   c m   nh n   v   môi   trự ổ ả ậ ề ường   bên   ngoài  bi n   đ i   thành   các   tínế ổ  

hi uệ  đi nệ  đ  đi u khi n các thi t b  khác.ể ề ể ế ị

3  Giám sát, an ninh và b o vả ệ

  H  th ng đ  theo dõi tình tr ng c a các phát hi n l i, c nh báo r i ro và thông báo báoệ ố ể ạ ủ ệ ỗ ả ủ  

đ ng và các thi t b  b o v  cho phép ho t đ ng qu n lý an toàn sikyeoseo.ộ ế ị ả ệ ạ ộ ả

4  Chu n đoánẩ

Đ a ra nh ng nh n xét v  kh  năng tư ữ ậ ề ả ương thích v i các đ c đi m v  s n ph m, cũngớ ặ ể ề ả ẩ  

nh  đ a ra các nh n đ nh, đ nh lư ư ậ ị ị ượng chu n h n kh  năng ẩ ơ ả ước tính c a con ngủ ười

5  Chuy n đ i thông tinể ổ

1?Chuy n đ i thông tin để ổ ược gi i mãi thành d ng tin nh n, file m m máy tính, ho c fax ả ạ ắ ề ặ

2? Chuy n đ i code đ  gi i mã nh ng thông tin để ổ ễ ả ữ ược ghi trong các phương ti n truy nệ ề  thông nh  đĩa t  ho c đĩa quang.ư ừ ặ

g. Thông tin đi u khi n và s  d ngề ể ử ụ

Phát hi n tr ng thái môi trệ ạ ường đ t thi t b  đi u khi n ho c thi t b  đặ ế ị ề ể ặ ế ị ược đi u khi n r iề ể ồ  

v n d ng làm thông tin đi u khi n nh m đi u khi n các thi t b  này trong tr ng thái an toànậ ụ ề ể ằ ề ể ế ị ạ  

ho c ti p c n giá tr  m c tiêu.ặ ế ậ ị ụ

 Chúng ta đã xem xét ch c năng c a b  c m bi n, cũng nh  m c đích s  d ng b  c mứ ủ ộ ả ế ư ụ ử ụ ộ ả  

bi n nh  trên đây, th  nh ng khi nhìn   góc đ  h  th ng là m t t  ch c đế ư ế ư ở ộ ệ ố ộ ổ ứ ược k t h p và hoànế ợ  thi n b i nhi u ph  tùng c u ki n; m i ph  tùng c u ki n đ m nh n và th c hi n vai trò riêng;ệ ở ề ụ ấ ệ ỗ ụ ấ ệ ả ậ ự ệ  duy trì quan h  tệ ương h  theo nguyên lý, nguyên t c, quy t c, trình t  nh t đ nh; và là m t h  tỗ ắ ắ ự ấ ị ộ ệ ổ 

ch c th c hi n ch c năng t ng th  nh t đ nh thì có th  g i b  c m bi n là m t h  th ng conứ ự ệ ứ ổ ể ấ ị ể ọ ộ ả ế ộ ệ ố  (Subsystem) ho t đ ng nh  m t giao di n c a các y u tó c u thành ạ ộ ư ộ ệ ủ ế ấ bên trong và bên ngoài hệ 

th ng nàyố

 N u hi u theo nghĩa r ng, b n thân b  c m bi n là 1 h  th ng đế ể ộ ả ộ ả ế ệ ố ược c u thành b i y uấ ở ế  

t  chuy n đ i (đ u dò, vv), y u t  truy n tín hi u (b  phát, cáp, b  nh n, v.v), y u t  x  lý tínố ể ổ ầ ế ố ề ệ ộ ộ ậ ế ố ử  

hi u (tăng tuy n tính, b  l c, b  nh , vv), y u t  đ u ra thông tin (màn hình hi n th , giao di nệ ế ộ ọ ộ ả ế ố ầ ể ị ệ  

đ u ra) và đầ ược ghép b i các d ng c  hi u ch nh và bù nhi t đ , đ  trôi, ti ng  n.ở ụ ụ ệ ỉ ệ ộ ộ ế ồ

Theo đó trong nh ng h  th ng c n có b  c m bi n, tính năng c a b  c m bi n (ph m viữ ệ ố ầ ộ ả ế ủ ộ ả ế ạ  

đo, đ  nh y, t c đ  đáp  ng, đ  chính xác) s  làm thay đ i giá tr  c a h  th ng và đ  tin c yộ ạ ố ộ ứ ộ ẽ ổ ị ủ ệ ố ộ ậ  

c a h  th ng ph  thu c ph n l n vào đ  tin c y c a các b  c m bi n.ủ ệ ố ụ ộ ầ ớ ộ ậ ủ ộ ả ế

h. B  c m bi n độ ả ế ược áp d ng nhi u trong các h  th ngụ ề ệ ố

Ch ng lo i b  c m bi n đủ ạ ộ ả ế ược xác đ nh tùy theo đ i tị ố ượng c n đo, trong đó các đ i tầ ố ượ  ng

c n đo nh  nhi t đ , ánh sáng, s c m nh, chi u dài, góc, áp l c, t , v n t c, gia t c, v.v cóầ ư ệ ộ ứ ạ ề ự ừ ậ ố ố  

ph m vi giá tr  tuy t đ i và biên đ  c c l n, th  nh ng   đây chúng ta ch  tìm hi u v  nh ng bạ ị ệ ố ộ ự ớ ế ư ở ỉ ể ề ữ ộ 

c m bi n đả ế ược áp d ng nhi u trong các h  th ng nh  b  c m bi n nhi t đ , b  c m bi n ánhụ ề ệ ố ư ộ ả ế ệ ộ ộ ả ế  sáng, b  c m bi n t  nh m tìm ki m các đ i lộ ả ế ừ ằ ế ạ ượng v t lý tậ ương  ng v i nhi t đ , quang h c,ứ ớ ệ ộ ọ  

t ừ

1) B  c m bi n nhi t độ ả ế ệ ộ

Nhi t đ  là đ i lệ ộ ạ ượng có quan h  m t thi t v i đ i s ng c a chúng ta, đ i tệ ậ ế ớ ờ ố ủ ố ượng đo đ iạ  

lượng này c a b  c m bi n r t đa d ng ví d  nh  ch t khí, ch t l ng, ch t r n, ủ ộ ả ế ấ ạ ụ ư ấ ấ ỏ ấ ắ plasma, v t thậ ể sinh h c, v.v và ch ng lo i cũng r t đa d ng nên b  c m bi n nhi t đ  đọ ủ ạ ấ ạ ộ ả ế ệ ộ ược chia thành hai lo iạ  

là ti p xúc và không ti p xúc.ế ế

B ng dả ưới đây th  hi u các ch ng lo i b  c m bi n theo các y u t  bi n đ i.ể ệ ủ ạ ộ ả ế ế ố ế ổ

B ng ả 6­9 Y u t  bi n đ i và thăm dò c a b  c m bi n ế ố ế ổ ủ ộ ả ế

Phân lo iạ Y u t  bi n đ i và thăm dò ế ố ế ổ Ch ng lo i b  c m bi nủ ạ ộ ả ế

Lo i ti p xúcạ ế

N  nhi tở ệ

Áp su t khíấ Nhi t   k   đo   ch tệ ế ấ  

khí/h iơChi u   dài   c a   ch tề ủ ấ  

l ngỏ Nhi t k  th y ngânệ ế ủ

Bi n   d ng   c a   ch tế ạ ủ ấ  

r nắ Nhi t k  lệ ế ưỡng kim

Đi n trệ ở Kim lo iạ Nhi t   k   đi n   trệ ế ệ ở 

(RTD)

Ch t bán d nấ ẫ Nhi t k  đi n trệ ế ệ ở,  đi 

t

ố , tranzito

Đ c tính tặ ừ Ferit c m bi n nhi tả ế ệ

L c nhi t đi n đ ngự ệ ệ ộ C p nhi t đi nặ ệ ệ

Đ c đi m dao đ ngặ ể ộ

C m bi n dao đ ng tinh thả ế ộ ể

C m bi n sóng âm b  m t (SAW)ả ế ề ặNhi t k  NQRệ ế

Đ i màuổ S n nhi tơ ệ , ch t l ngấ ỏKhác C m bi n nhi t đ  s i quang ả ế ệ ộ ợ

Lo i không ti p xúcạ ế

Năng lượng b c xứ ạ D ng nhi tạ ệ Vi nhiêt k , pin nhiêṭ ế ̣  

điên, lo i h a đi ṇ ạ ỏ ệ

lo i c m bi n không đo đ  m nh c a b n thân ánh sáng mà ch  s  d ng ánh sáng đ  dò xem cóạ ả ế ộ ạ ủ ả ỉ ử ụ ể  

v t th  hay không.ậ ể

Trong ph n này, chúng ta hãy tìm hi u v  b  c m bi n dò tìm s  t n t i c a v t thầ ể ề ộ ả ế ự ồ ạ ủ ậ ể 

được áp d ng nhi u trong các h  th ng t  đ ng hóa.ụ ề ệ ố ự ộ

+ Lo i tách r i (hình th c truy n: Xuyên qua)ạ ờ ứ ề

Đây là b  c m  ng tách r i, độ ả ứ ờ ược c u thành b i ph n thân khác nhau do có b  ph nấ ở ầ ộ ậ  truy n sáng dùng đ  g i ánh sáng đi và b  ph n thu sáng dùng đ  ti p nh n ánh sáng. B  ph nề ể ử ộ ậ ể ế ậ ộ ậ  truy n sáng và b  ph n thu sáng đề ộ ậ ược đ t đ i di n v i nhau, đi u ch nh tr c quang r i truy nặ ố ệ ớ ề ỉ ụ ồ ề  qua v t th  đ t   gi a, theo đó ánh sáng đậ ể ặ ở ữ ược truy n đi ho c b  ch n l i, hình thành nên tínề ặ ị ặ ạ  

hi u đ u ra. ệ ầ

  C n l u ý r ng n u s  d ng nhi u b  c m bi n l p theo tr c th ng đ ng t  trên xu ngầ ư ằ ế ử ụ ề ộ ả ế ắ ụ ẳ ứ ừ ố  

dưới do b  c m bi n này g p khó khăn trong vi c phát hi n v t th  trong su t thì s  có nguy cộ ả ế ặ ệ ệ ậ ể ố ẽ ơ phát sinh l i do khu ch tán ánh sáng.ỗ ế

a) B  c m bi n d ng xuyên quaộ ả ế ạ b) B  c m bi n d ng ph n x  tr c ti pộ ả ế ạ ả ạ ự ế

Hình 6­5 B  c m bi n tách r iộ ả ế ờ

+ Lo i ph n x  tr c ti p ạ ả ạ ự ế (hình th c truy n: Khu ch tán)ứ ề ế

B  c m bi n này có b  ph n truy n sáng và b  ph n thu sáng   trên cùng m t thân, ho tộ ả ế ộ ậ ề ộ ậ ở ộ ạ  

đ ng theo phộ ương th c ánh sáng truy n đi t  ph n truy n sáng đứ ề ừ ầ ề ược ph n x  trên b  m t v tả ạ ề ặ ậ  

th  đ i tể ố ượng, được truy n t i đ n b  ph n nh n kích thích r i phát hi n xem có v t th  hayề ả ế ộ ậ ậ ồ ệ ậ ể  không, và thông thường trong trường h p ánh sáng ph n x  đợ ả ạ ược ti p nh n vào b  ph n thuế ậ ộ ậ  sáng, t c là khi sáng lên thì đứ ược nh n đ nh là có t n t i v t th , đây đậ ị ồ ạ ậ ể ược g i là hình th cọ ứ  Trong ánh sáng (Light on). Hình 3­8 là m t ví d  v  vi c s  d ng hình th c này.ộ ụ ề ệ ử ụ ứ

   Trong nh ng năm g n đây, ngữ ầ ười ta cũng cung c p b  c m bi n ho t đ ng theo hìnhấ ộ ả ế ạ ộ  

th c Trong bóng t i (Dark on) b ng cách k t n i dòng đi u khi n v i 0V và 24V (trong trứ ố ằ ế ố ề ể ớ ườ  ng

h p đi n áp ho t đ ng DC24V) đ  ho t đ ng khi không nh n đợ ệ ạ ộ ể ạ ộ ậ ược ánh sáng nên vi c áp d ngệ ụ  cũng tr  nên d  dàng h n. C n l u ý r ng b  c m bi n ph n x  tr c ti p đ  ph c t p h n soở ễ ơ ầ ư ằ ộ ả ế ả ạ ự ế ỡ ứ ạ ơ  

v i b  c m bi n ph n x  quay ho c b  c m bi n d ng xuyên qua – hình th c b t bu c ph iớ ộ ả ế ả ạ ặ ộ ả ế ạ ứ ắ ộ ả  

th ng nh t v i tr c quang, nh ng nó không th  phát hi n ra v t th  trong trố ấ ớ ụ ư ể ệ ậ ể ường h p v t thợ ậ ể 

c n thăm dò có màu tr ng.ầ ắ

  Nhìn chung, c  ly thăm dò c a b  c m bi n ph n x  tr c ti p ng n h n so v i các bự ủ ộ ả ế ả ạ ự ế ắ ơ ớ ộ 

c m bi n quang khác nh ng g n đây đã ra đ i nh ng lo i có th  phát hi n trong c  ly hàng métả ế ư ầ ờ ữ ạ ể ệ ự  nên người ta s  d ng s i quang h c và  ng d ng c a nó tr  nên đa d ng h n r t nhi u.ử ụ ợ ọ ứ ụ ủ ở ạ ơ ấ ề

+ Lo i ph n x  quay ạ ả ạ (Retro­Reflection)

 Là lo i hình thành nên đ u ra tùy thu c vào s  t n t i c a v t th  đ i tạ ầ ộ ự ồ ạ ủ ậ ể ố ượng   gi a bở ữ ộ 

c m bi n n m trong c  ly nh t đ nh và gả ế ằ ự ấ ị ương quay ngược ánh sáng phóng ra t  b  ph n phátừ ộ ậ  sáng v  b  ph n thu sáng, m c dù ph i đi u ch nh th ng nh t v i tr c quang gi ng nh  b  c mề ộ ậ ặ ả ề ỉ ố ấ ớ ụ ố ư ộ ả  

bi n d ng xuyên qua nh ng thông thế ạ ư ường người ta s  d ng gử ụ ương có hi u  ng lăng kính nênệ ứ  

n u l ch so v i tr c quang   m c đ  nào đó thì v n có th  ho t đ ng trong tr ng thái  n đ nh.ế ệ ớ ụ ở ứ ộ ẫ ể ạ ộ ạ ổ ị

Hình 6­6 B  c m bi n d ng ph n x  quayộ ả ế ạ ả ạ

Hình trên đây th  hi n b  c m bi n ph n x  quay. B  c m bi n này đế ệ ộ ả ế ả ạ ộ ả ế ượ ấ ạc c u t o đ  cể ự 

ly thăm dò l n, n u có b   nh hớ ế ị ả ưởng b i ánh sáng xung quanh thì b  l c và các b  ph n khácở ộ ọ ộ ậ  

đượ ổ ợ ạc t  h p l i, ch  ph n  ng chính xác v i nh ng tín hi u xác đ nh, t c tín hi u g i đi t  bỉ ả ứ ớ ữ ệ ị ứ ệ ử ừ ộ 

ph n truy n sáng, th  nh ng n u b  m t c a v t th  c n thăm dò c c sáng bóng thì r t khó đậ ề ế ư ế ề ặ ủ ậ ể ầ ự ấ ể 

x  lý.ử

+ B  ghép quang (Photo Coupler)ộ

Đượ ử ục s  d ng đ  phát hi n s  t n t i c a v t th , t c đ  c a v t th  quay và phán đoánể ệ ự ồ ạ ủ ậ ể ố ộ ủ ậ ể  

v  trí, b  ghép quang còn có tên g i khác là b  c m bi n quang d ng ph c h p s  d ng đi  tị ộ ọ ộ ả ế ạ ứ ợ ử ụ ố  phát quang – là y u t  quang   b  ph n phát quang (LED: Lighted Emitting Diode) và s  d ng điế ố ở ộ ậ ử ụ  

t quang   b  ph n thu sáng

ố ở ộ ậ

 B  ghép quang có đ u vào và đ u ra độ ầ ầ ược liên k t v i nhau v  m t khoa h c, th  nh ngế ớ ề ặ ọ ế ư  chúng được cách đi n và đệ ược tăng cường tính năng, giá c  ph i chăng do c i ti n k  thu t c aả ả ả ế ỹ ậ ủ  

ph  tùng ch t bán d n nên đụ ấ ẫ ượ ử ục s  d ng trong nhi u lĩnh v c.ề ự

 B  ghép quang có hai lo i là b  cách ly quang (Photo Isolator) có l i truy n t i ánh sángộ ạ ộ ố ề ả  không b  h  và đị ở ược b c l i, b  ng t quang (Photo Interrupter) có l i truy n t i ánh sáng b  h ọ ạ ộ ắ ố ề ả ị ở   + B  ng t quang (Photo Interrupter)ộ ắ

 Là b  c m bi n có b  ph n truy n sáng và b  ph n thu sáng n m đ i di n nhau nh  bộ ả ế ộ ậ ề ộ ậ ằ ố ệ ư ộ 

c m bi n d ng xuyên qua, n u có v t th  đi vào gi a chúng thì ánh sáng b  ch n l i, lúc đó sả ế ạ ế ậ ể ữ ị ặ ạ ẽ 

phát hi n ra dòng đi n quang c a b  ph n thu sáng b  gi m xu ng r i đệ ệ ủ ộ ậ ị ả ố ồ ược đ a t i đ u ra. ư ớ ầ

  Ph n l n ngu n đi n c a b  ph n phát quang là ánh sáng h ng ngo i nh ng cũng cóầ ớ ồ ệ ủ ộ ậ ồ ạ ư  

trường h p s  d ng đi  t phát quang c a khu v c nhìn th y đợ ử ụ ố ủ ự ấ ược, đi u này mang l i  u đi m làề ạ ư ể  

m t thắ ường s  nhìn th y ánh sáng nên có th  d  dàng ki m tra tr ng thái ho t đ ng c a b  c mẽ ấ ể ễ ể ạ ạ ộ ủ ộ ả  

bi n. ế

 B  ng t quang có th  ho t đ ng v i t c đ  cao, hình dáng nh  g n và nh  nên ti n l i,ộ ắ ể ạ ộ ớ ố ộ ỏ ọ ẹ ệ ợ  

l i có đ  chính xác, đ   u vi t, đ  tin c y cao nên các lĩnh v c  ng d ng c a nó nh  đi uạ ộ ộ ư ệ ộ ậ ự ứ ụ ủ ư ề  khi n t c đ  quay, đi u khi n v  trí, h  s , v.v ngày càng r ng rãi h n.ể ố ộ ề ể ị ệ ố ộ ơ

Hình 6­7  ng d ng b  ng t quangỨ ụ ộ ắ

Hình trên đây là m t ví d  v   ng d ng b  ng t quang. Độ ụ ề ứ ụ ộ ắ ược phân thành lo i xuyên quaạ  

và lo i ph n x , b  ng t quang đạ ả ạ ộ ắ ượ ức  ng d ng không nh ng trong đ  đi n t  gia d ng nhụ ữ ồ ệ ử ụ ư VTR, máy quay đĩa hát, v.v mà còn s  d ng trong c  các máy móc thi t b  văn phòng nh  máyử ụ ả ế ị ư  photo, máy in không kém gì so v i các máy móc thi t b  công nghi p.ớ ế ị ệ

hi n theo m t chi u, nó có  u đi m là có th  s  d ng ngu n đi n kh i đ ng cùng v i các thànhệ ộ ề ư ể ể ử ụ ồ ệ ở ộ ớ  

ph n bán d n khác, th  nh ng xét v  thành ph n phát quang thì đi  t khí phát quang h ng ngo iầ ẫ ế ư ề ầ ố ồ ạ  

Si doping đượ ử ục s  d ng nhi u còn n u xét v  thành ph n ti p nh n ánh sáng thì quang tranzitoề ế ề ầ ế ậ  

Si đượ ử ục s  d ng nhi u nh t.ề ấ

Hình 6­8 K t c u b  cách ly quangế ấ ộ3) B  c m bi n tộ ả ế ừ

Là b  c m bi n s  d ng hi n tộ ả ế ử ụ ệ ượng v t lý liên quan đ n t  trậ ế ừ ường, có thành ph n làmầ  thay đ i t  trổ ừ ường thành đi n năng ví d  nh  thành ph n s nh (Hall), đ c bi t là công t c lệ ụ ư ầ ả ặ ệ ắ ưỡ  i

li m (Reed) có th  d  dàng dò tìm ra tr ng thái v n đ ng c a xylanh.ề ể ễ ạ ậ ộ ủ

 Trong hình dưới đây, người ta s  d ng công t c lử ụ ắ ưỡ ềi li m mang ý nghĩa “ti p đi m đ n”ế ể ế  

đ  c i ti n thành công t c có đ  tin c y cao dùng làm thi t b  trao đ i đi n tho i, th  nh ngể ả ế ắ ộ ậ ế ị ổ ệ ạ ế ư  

g n đây b  c m bi n t  ­ thi t b  t  h p v i t  trầ ộ ả ế ừ ế ị ổ ợ ớ ừ ường đang đượ ức  ng d ng r ng rãi. Đ c bi t,ụ ộ ặ ệ  trong h  th ng t  đ ng hóa đệ ố ự ộ ượ ức  ng d ng trong các dây chuy n c a nhà máy s n xu t, bụ ề ủ ả ấ ộ 

c m bi n này đả ế ược g n tr c ti p vào ph n thân c a xylanh đ  s  d ng nên có th  ti t ki mắ ự ế ầ ủ ể ử ụ ể ế ệ  không gian, không c n ngu n đi n riêng và có kh  năng t o ra m ch m t cách d  dàng.ầ ồ ệ ả ạ ạ ộ ễ

 C u trúc c  b n c a công t c lấ ơ ả ủ ắ ưỡ ềi li m (Reed Switch) là m  ti p đi m b ng b ch kim,ạ ế ể ằ ạ  vàng, kim lo i quý, rhodium đ  duy trì kho ng cách ti p đi m thích h p v i m t bên c a lạ ể ả ế ể ợ ớ ặ ủ ưỡ  i

li m có t  tính, đề ừ ược ph  cùng l p khí tr  ví d  nh  khi h n h p gi a nit  và hydro trong  ngủ ớ ơ ụ ư ỗ ợ ữ ơ ố  

th y tinh, tùy thu c vào hình th c ti p đi m mà chia thành nhi u hình th c nh  trong Hình 6­8.ủ ộ ứ ế ể ề ứ ư

Hình 6­9 Hình th c b  c m bi n tứ ộ ả ế ừ4) B  c m bi n áp su tộ ả ế ấ

Áp su t là đ  l n s c m nh thông thấ ộ ớ ứ ạ ường trên m i đ n v  di n tích áp dung trong m t v tỗ ơ ị ệ ộ ậ  

th , b  c m bi n áp su t là thi t b  dò thông tin áp su t mà v t th  đ i tể ộ ả ế ấ ế ị ấ ậ ể ố ượng đang có, nó tươ  ng

ng v i 

ứ ớ đ ng h  đo dòng, c m bi n áp su t ch t bán d n, ph n t  áp đi n. Có th  s  d ng bồ ồ ả ế ấ ấ ẫ ầ ử ệ ể ử ụ ộ 

c m bi n áp su t đ  đo l c ho c t i tr ng.ả ế ấ ể ự ặ ả ọ

b  c m bi n t c đ  t o ra nh n bi t năng lộ ả ế ố ộ ạ ậ ế ượng sóng âm ho c năng lặ ượng vi sóng có ý th cứ  cho đ i tố ượng r i dò tìm thông tin v  t c đ  t  sóng âm ho c vi sóng đóồ ề ố ộ ừ ặ , có th  tìm gián ti pể ế  

b ng cách đo m c đ  chuy n v  c a chi u dài r i l y giá tr  vi phân c a th i gian chuy n v  đó,ằ ứ ộ ể ị ủ ề ồ ấ ị ủ ờ ể ị  cũng có th  s  d ng các d ng c  đ n gi n nh  b  mã hóa.ể ử ụ ụ ụ ơ ả ư ộ

 Ngoài ra, b  c m bi n sóng siêu âm cũng độ ả ế ượ ử ục s  d ng trong vi c phát hi n ra l i bênệ ệ ỗ  trong v t th ậ ể

8) B  c m bi n hóa h cộ ả ế ọ

 Là d ng c  dò tìm b ng cách s  d ng các phụ ụ ằ ử ụ ương ti n d a vào ph n  ng hóa h c, nóệ ự ả ứ ọ  

được bi n hóa do tác d ng hóa h c đi n, ph n  ng xúc tác, trao đ i ion, tác d ng quang hóaế ụ ọ ệ ả ứ ổ ụ  

h c, v.v… và bao g m các lo i nh  b  c m bi n đ   m, b  c m bi n khí, (c m bi n oxy, c mọ ồ ạ ư ộ ả ế ộ ẩ ộ ả ế ả ế ả  

bi n khói, c m bi n khí đ c, c m bi n khí bán d n) và b  c m bi n ion (đi n c c PH, đi n c cế ả ế ộ ả ế ẫ ộ ả ế ệ ự ệ ự  khí)

a. B  c m bi n áp d ng cho robotộ ả ế ụ

 Các b  c m bi n mà chúng tôi đã đ  c p trên đây đ u độ ả ế ề ậ ề ượ ử ục s  d ng làm các y u t  tínế ố  

hi u đ u vào đ  c u t o nên robot nh ng trong ph n này chúng ta s  tìm hi u v  các b  c mệ ầ ể ấ ạ ư ầ ẽ ể ề ộ ả  

bi n c n thi t cho nh ng con robot thông minh, giúp chúng kh c ph c đế ầ ế ữ ắ ụ ược nh ng m t h n chữ ặ ạ ế 

c a con ngủ ười, làm thay công vi c giúp chúng ta, có kh  năng t  phán đoán đ  ph  trách đ c l pệ ả ự ể ụ ộ ậ  công tác đi u khi n h  th ng và x  lý công vi c.ề ể ệ ố ử ệ

  B  c m bi n dùng cho robot cũng là m t y u t  quan tr ng gi ng nh  giác quan c a conộ ả ế ộ ế ố ọ ố ư ủ  

người, các b  c m bi n độ ả ế ược nghiên c u trong th i gian g n đây không nh ng bao g m cácứ ờ ầ ữ ồ  

ch c năng có th  truy n t i đ n robot nh  đo c  ly, m c đ  chuy n v , ti p xúc, phứ ể ề ả ế ư ự ứ ộ ể ị ế ươ  ng

hướng, v.v mà đ c bi t, nó còn có đ c đi m truy n t i nhi u thông tin cho h  th ng gi ng nhặ ệ ặ ể ề ả ề ệ ố ố ư 

b  c m bi n t m nhìn. Trong trộ ả ế ầ ường h p này, các hình  nh ti p nh n thông qua camera CCDợ ả ế ậ  

được truy n t i dề ả ướ ại d ng video b ng máy tính thông qua b  đ t khung.ằ ộ ặ

 Thông qua tài li u này, chúng ta hãy tìm hi u v  các b  c m bi n không nh ng s  d ngệ ể ề ộ ả ế ữ ử ụ  cho các robot di đ ng nh  robot hình ngộ ư ười, robot b o v , robot hả ệ ướng d n, v.v mà còn dùngẫ  cho các robot thông minh được nghiên c u nh m s  d ng cho m c đích theo dõi, t c là có ch cứ ằ ử ụ ụ ứ ứ  năng l a ch n v t th  xác đ nh có trong các đ nh d ng đã nh p vào camera r i di chuy n theoự ọ ậ ể ị ị ạ ậ ồ ể  

v t th  mà camera đã ch n.ậ ể ọ

1) B  c m bi n thăm dò nhi t đ  c  th  con ngộ ả ế ệ ộ ơ ể ười

 Phát hi n ra s  chuy n đ ng c a ngể ự ể ộ ủ ười ho c đ ng v t và tìm ra ngu n g c phát ra ánhặ ộ ậ ồ ố  sáng. Thông thường b  c m bi n này có th  phát hi n ra ánh sáng   m c đ  ánh sáng c a ng nộ ả ế ể ệ ở ứ ộ ủ ọ  

n n t i nh ng n i có ánh sáng và thi t l p đ  nh y tu  theo t  l  phóng x  c a đ i tế ạ ữ ơ ế ậ ộ ạ ỳ ỉ ệ ạ ủ ố ượng dò tìm. Th u kính Fresnel dùng đ  thí nghi m ánh sáng gián ti p đấ ể ệ ế ượ ắc l p đ t m t cách thích h pặ ộ ợ  

đ  đi u ch nh tr ng tâm v  hể ề ỉ ọ ề ướng c a v t th  dò tìm, m  r ng ph m vi dò tìm.ủ ậ ể ở ộ ạ

2) B  c m bi n con quayộ ả ế

Được ch  t o nh  g n, g n nh , ti t ki m đi n h m th c hi n ch c năng l p ráp vàoế ạ ỏ ọ ọ ẹ ế ệ ệ ằ ự ệ ứ ắ  

tr c thăng RC, máy bay RC, v.v.ự

 Có th  s  d ng 1 b  c m bi n con quay đ  dò tìm m c đ  quay c a 1 tr c robot, n uể ử ụ ộ ả ế ể ứ ộ ủ ụ ế  

c u t o ph c h p nhi u b  c m bi n con quay l i v i nhau thì s  dò tìm đấ ạ ứ ợ ề ộ ả ế ạ ớ ẽ ược m c đ  quayứ ộ  

c a nhi u tr c.ủ ề ụ

3) B  c m bi n thăm dò đ  nghiêngộ ả ế ộ

Ho t đ ng nh  có thu  ngân đạ ộ ờ ỷ ược cho vào ph n v , có đầ ỏ ường kính 6mm, chi u dài 9mmề  

và có th  thi t l p góc thao tác.ể ế ậ

 Các lĩnh v c s  d ng chính ngoài robot còn có máy đo đ  nghiêng (Clinometer), chu t 3D,ự ử ụ ộ ộ  búp bê, chi t quang.ế

B  c m bi n thăm dò nhi t đ  c  thộ ả ế ệ ộ ơ ể B  c m bi n thăm dò đ  nghiêngộ ả ế ộ

Hình 6­10 B  c m bi n thăm dòộ ả ế

4) B  c m bi n đ  u nộ ả ế ộ ố

Là b  c m bi n có tr  kháng thay đ i theo góc u n, khi bình thộ ả ế ở ổ ố ường thì tr  kháng là 10kΩở  

nh ng n u u n cong 90° thì s  thay đ i lên đ n 35k ư ế ố ẽ ổ ế Ω

5) B  c m bi n v n t c gócộ ả ế ậ ố

Khi v t th  đang v n đ ng (ho c có v n t c) và quay thì l c Coriolis s  tác đ ng vàoậ ể ậ ộ ặ ậ ố ự ẽ ộ  

phương t c đ  đó theo hố ộ ướng th ng đ ng, thông thẳ ứ ường thì b  c m bi n v n t c góc s  d ngộ ả ế ậ ố ử ụ  

hi n tệ ượng v t lý này và dùng b  chuy n đ i A/D đ  chuy n đ i tín hi u c a con quay có d ngậ ộ ể ổ ể ể ổ ệ ủ ạ  tín hi u đ u ra tệ ầ ương t  thành tín hi u k  thu t s  r i x  lý trong b  ph n đi u khi n nh m dòự ệ ỹ ậ ố ồ ử ộ ậ ề ể ằ  

tìm v n t c góc. Lúc này v n t c góc đã dò tìm s  đậ ố ậ ố ẽ ược tích phân t i b  ph n đi u khi n vàạ ộ ậ ề ể  giúp ta tính được góc đ  c n tìm.ộ ầ

6) B  c m bi n gia t cộ ả ế ố

Dùng đ  đo gia t c và đ  nghiêng, b  c m bi n gia t c có th  dò tìm l c đ ng c a ch nể ố ộ ộ ả ế ố ể ự ộ ủ ấ  

đ ng, va ch m, v.v ho c dò tìm tr ng thái v n đ ng c a v t th  theo trình t  th i gian nên đâyộ ạ ặ ạ ậ ộ ủ ậ ể ự ờ  

là m t thành ph n thi t y u trong các h  th ng đi u khi n nh  các lo i phộ ầ ế ế ệ ố ề ể ư ạ ương ti n v nệ ậ  chuy n bao g m xe h i, tàu ho , tàu bi n, máy may hay các h  th ng t  đ ng hoá trong nhà máyể ồ ơ ả ể ệ ố ự ộ  

và robot, n u phân lo i theo phế ạ ương th c dò tìm thì có th  phân thành các lo i nh  phứ ể ạ ư ương th cứ  quán tính, phương th c con quay, phứ ương th c ch t bán d n silicon.ứ ấ ẫ

7) B  c m bi n x  lý hình  nhộ ả ế ử ả

 Giao di n tr c ti p b ng chu i v i PIC chip – chu i đi u khi n vi m ch 1­chip đ  sệ ự ế ằ ỗ ớ ỗ ề ể ạ ể ử 

d ng trong công tác x  lý hình  nh   th i gian th c c a robot di đ ng.ụ ử ả ở ờ ự ủ ộ

B  c m bi n này độ ả ế ượ ử ục s  d ng   ph n đ u c a robot đ  thăm dò v t th  m t cách dở ầ ầ ủ ể ậ ể ộ ễ dàng và th c hi n vai trò quay ho c tìm ki m l  h ng. Hình 3­19 th  hi n b  c m bi n x  lýự ệ ặ ế ỗ ổ ể ệ ộ ả ế ử  hình  nh.ả

8) B  c m bi n xúc giácộ ả ế

Được ch  t o có th  thăm dò nhi u lo i nhi t đ  và năng lế ạ ể ề ạ ệ ộ ượng đa d ng b ng cách đ tạ ằ ặ  

b  c m bi n xúc giác có ch c năng phân gi i không gian đ n 1mm lên b  m t c a robot hìnhộ ả ế ứ ả ế ề ặ ủ  búp bê đ  s  d ng làm b  da nhân t o, làm cho robot hình búp bê có th  phân bi t để ử ụ ộ ạ ể ệ ược các ti pế  xúc nh y c m nh  nóng và l nh gi ng nh  con ngạ ả ư ạ ố ư ười

     B  c m bi n x  lý hình  nhộ ả ế ử ả B  c m bi n xúc giácộ ả ế

Hình 6­11 Hình th c c a b  c m bi n t  tínhứ ủ ộ ả ế ừ

Các b  c m bi n xúc giác phát tri n cho đ n nay có th  nh n bi t độ ả ế ể ế ể ậ ế ược kho ng 50 ph nả ả  

ng kích thích, cũng có lo i nh n bi t đ n 80 ph n  ng nh ng trong t ng lai các b  c m bi n

Đ  di chuy n robot, không ph i ch  b ng cách t o chuy n đ ng quay. Cùng v i chuy nể ể ả ỉ ằ ạ ể ộ ớ ể  

đ ng quay, ch  ph i di chuy n m t cách chính xác đ n v  trí mong mu n. Vi c di chuy n robotộ ỉ ả ể ộ ế ị ố ệ ể  

đ n v  trí mong mu n đó g i là đi u khi n. ế ị ố ọ ề ể

1.1.1.1.1.1.1  a. Đi u khi n robot ề ể

Hình 4­1 Vi c quay thu n và ngệ ậ ượ ủc c a tay robot

  N u mu n di chuy n tay c a robot, ph i k t n i đ ng c    tay rbot nh  hình trên. Khiế ố ể ủ ả ế ố ộ ơ ở ư  

đó, n u liên  k t th ng tr c đ ng c  v i tay thì không có đế ế ẳ ụ ộ ơ ớ ượ ực l c (mô­men xo n) c n thi t nênắ ầ ế  liên k t thông qua bánh răng.ế

 Dưới đây là s  đ  kh i miêu t  vi c con ngơ ồ ố ả ệ ườ ượ ử ụi đ c s  d ng nhi u m t lo t các đ ngề ộ ạ ộ  tác đ  đi u khi n quy t đ nh v  trí c a cánh tay robot nh  th  này trong công ngh  đi u khi n.ể ề ể ế ị ị ủ ư ế ệ ề ể  

B  ph n ra l nh cho cánh tay đó   v  trí đã độ ậ ệ ở ị ược ch n làm m c tiêu chính là bàn tay c a conọ ụ ủ  

người. N i truy n l nh t i bàn tay đó là b  não con ngơ ề ệ ớ ộ ười, và tiêu chu n phán đoán t o nênẩ ạ  

đ ng tác đó là vi c con ngộ ệ ười (b  thao tác) đang giám sát b ng m t v  trí tay. ộ ằ ắ ị

Hình 4­2 H  th ng con ngệ ố ười – máy móc

  Thao tác th  đ ng này là thao tác không ch  gi i h n trong cánh tay robot mà tr  thànhụ ộ ỉ ớ ạ ở  

phương th c c  b n c a vi c đi u khi n trong ch  t o t t c  các lo i máy móc nh  xe ô­tô, xeứ ơ ả ủ ệ ề ể ế ạ ấ ả ạ ư  tăng, máy bay…. Nghĩa là đó là phương pháp đi u khi n mà   đó con ngề ể ở ười và máy móc hòa thành m t đ  đ t độ ể ạ ược m c đích.  ụ

Đ  d n đ ng đ ng c  dùng trong robot, c n các lo i thi t b  đi u khi n nh  hình  nhể ẫ ộ ộ ơ ầ ạ ế ị ề ể ư ả  

dưới đây

Hình 4­3 H  th ng đi u khi n robotệ ố ề ể

l ­ B  đi u khi n làm vi c: có các gi  h c v  di chuy n đ  v t thông qua vi c yêu c uộ ề ể ệ ờ ọ ề ể ồ ậ ệ ầ  robot làm vi c ho c gi  h c v  s n xe.ệ ặ ờ ọ ề ơ

l ­ B  đi u khi n v n đ ng: là b  ph n t o ra l nh g i các thông tin v  vi c nh n độ ề ể ậ ộ ộ ậ ạ ệ ử ề ệ ậ ượ  c

m nh l nh gi ng d y t i b  ph n đi u khi n làm vi c, và/ho c nh n đệ ệ ả ạ ạ ộ ậ ề ể ệ ặ ậ ược thông tin liên quan 

đ n v n đ ng c a robot nh  v  trí, t c đ , l c, tăng t c…t i b  ph n phát hi n thì s  t i bế ậ ộ ủ ư ị ố ộ ự ố ạ ộ ậ ệ ẽ ớ ộ 

đi u khi n d n đ ng dề ể ẫ ộ ưới đây.  

l ­ B  d n đ ng: đi u khi n m t cách c  th  v  v  trí, t c đ , l c (tăng t c) đ  làm quayộ ẫ ộ ề ể ộ ụ ể ề ị ố ộ ự ố ể  

đ ng c  sau khi nh n độ ơ ậ ượ ệc l nh ch  th  c a b  đi u khi n v n đ ng. Đ ng th i, vi c phát hi nỉ ị ủ ộ ề ể ậ ộ ồ ờ ệ ệ  

ra tình tr ng c a đ ng c  (góc, t c đ  quay) đ  phát đoán xem tr ng thái đó có thích h p khôngạ ủ ộ ơ ố ộ ể ạ ợ  

là vai trò c a b  đi u khi n d n đ ng và b  đi u khi n v n đ ng.  ủ ộ ề ể ẫ ộ ộ ề ể ậ ộ

1.1.1.1.1.1.2 b. Robot và c m bi nả ế

1.1.1.1.1.1.3

C m bi n là thi t b  chuy n đ i có hình thái đ n gi n đả ế ế ị ể ổ ơ ả ượ ử ục s  d ng đ  đo tính ch t v tể ấ ậ  

lý mà đ i tố ượng t o nên.ạ

C m bi n c n cho ho t đ ng h  th ng c a robot đả ế ầ ạ ộ ệ ố ủ ược g i là ‘c m bi n trong, và c mọ ả ế ả  

bi n đ  nh n th c môi trế ể ậ ứ ường được g i là ‘c m bi n ngoài. ọ ả ế

     Có th  phân lo i ra các lo i c m bi n nh  sau:ể ạ ạ ả ế ư

a )C m bi n trongả ế

 ­ C m bi n l c: đo l c trong trả ế ự ự ường h p k t n i ho c ti p xúc v i thi t b  phân th  ­ợ ế ố ặ ế ớ ế ị ế  thi t b  dùng đ  đo góc c a cánh tay robot và thi t b  mã hóa, v t th  ế ị ể ủ ế ị ậ ể

 ­ Máy phát t c dùng đ  đo (tachometer generator, máy phát t c): đo t c đ  di chuy n c aố ể ố ố ộ ể ủ  

b) C m bi n ngoàiả ế

­ Camera c m bi n hình  nh CCD (Charge­Coupled Device Camera): nh n th c đả ế ả ậ ứ ược môi 

trường mà v t th  đ i tậ ể ố ượng c a quá trình thao tác đủ ược đ t vào. ặ

­ C m bi n sóng siêu âm : Đo kho ng cách đ n v t c n ho c đ n t n v t đ i tả ế ả ế ậ ả ặ ế ậ ậ ố ượng. 

­ C m bi n xúc giác: phán đoán xem đã ti p xúc đả ế ế ược v i v t đ i tớ ậ ố ượng ch a. ư

1.1.1.1.1.1.3      c) C m bi n Analog và c m bi n k  thu t sả ế ả ế ỹ ậ ố

C m bi n đả ế ược phân lo i theo hình thái c a tín hi u chuy n hóa tính ch t v t lý thànhạ ủ ệ ể ấ ậ  

c m bi n analog và c m bi n k  thu t s  ả ế ả ế ỹ ậ ố

­ C m bi n analog: là thi t b  phát hi n ra tính ch t v t lý liên t c. (thi t b  phân th , máyả ế ế ị ệ ấ ậ ụ ế ị ế  phát t c, ten­x  mét và c m bi n l c, c m bi n xúc giác) ố ơ ả ế ự ả ế

a, Thi t b  phân thế ị ế

b, C u t o c a ten­x  mét ấ ạ ủ ơHình 4­4 C m bi n analog ả ế

­ C m bi n k  thu t s  : vi c phát hi n giá tr  đo đả ế ỹ ậ ố ệ ệ ị ược báo cáo r ng rãi r ng r t ti n l iộ ằ ấ ệ ợ  

nh  lo t xung (tín hi u k  thu t s ) nh n đờ ạ ệ ỹ ậ ố ậ ượ ừ ỗ ắc t  l  c m đ u ra c a c m bi n đó, và vi cầ ủ ả ế ệ  đăng nh p vào máy vi tính cũng d  dàng và vi c t  đ ng hóa cũng d  dàng.ậ ễ ệ ự ộ ễ

c. Robot ph c v  (dùng cho cá nhân)ụ ụ

Robot dùng cho cá nhân b  tr  cho kh  năng v n đ ng – là b n ch t c a cu c s ng m iổ ợ ả ậ ộ ả ấ ủ ộ ố ỗ  

cá nhân, và có th  để ược phân lo i thành robot dùng cho gia đình h  tr  t  đ ng hóa ngôi nhàạ ỗ ợ ự ộ  thông qua robot h  tr  cá nhân theo ki u c ng sinh c a con ngỗ ợ ể ộ ủ ười, robot h  tr  sinh ho t choỗ ợ ạ  

người cao tuooit và ngườ ịi b  khuy t t t thân th , robot gi i trí. M c đích cu i cùng c a vi cế ậ ể ả ụ ố ủ ệ  phát tri n k  thu t là đ m b o  nâng cao ch t lể ỹ ậ ả ả ấ ượng s ng c a con ngố ủ ười, phương án gi i quy tả ế  mang tính th c t  cho vi c xã h i b  lão hóa, và kh  năng c nh tranh c a đ t nự ế ệ ộ ị ả ạ ủ ấ ước trong th  kế ỷ 

21. 

Cùng v i s  phát tri n c a k  thu t ngành c  đi n t , robot đã thay con ngớ ự ể ủ ỹ ậ ơ ệ ử ười th c hi nự ệ  nhi u công vi c trong nhà máy công nghi p. Robot so v i con ngề ệ ệ ớ ườ ươi t ng đ i t  m , c n th n,ố ỉ ỉ ẩ ẩ  

v  có th  t o ra ngu n năng lả ể ạ ồ ượng l n, thu n ti n trong vi c th c hi n công vi c có tính l p điớ ậ ệ ệ ự ệ ệ ặ  

l p l i.  ng d ng đ y đ  đ c tính này, robot đang th c hi n vai trò l n trong lĩnh v c t  đ ngặ ạ Ứ ụ ầ ủ ặ ự ệ ớ ự ự ộ  hóa xí nghi p, nhà xệ ưởng. Tuy nhiên, th  trị ường này – v i đ i tớ ố ượng là các nhà máy s n xu tả ấ  đang cho tháy gi i h n trong vi c trớ ạ ệ ước đó đã đ t đ n giai đo n trạ ế ạ ưởng thành và t o ra giá trạ ị kinh t  l n h n. Ngoài ra, v a ti n vào xã h i hi n đ i, k  thu t máy tính và k  thu t đi uế ớ ơ ừ ế ộ ệ ạ ỹ ậ ỹ ậ ề  khi n v a  phát tri n, robot d n thoát ra kh i các nhà xể ừ ể ầ ỏ ưởng công nghi p và lo i  robot có thệ ạ ể sinh ho t cùng v i con ngạ ớ ườ ượi đ c tr  thành hi n th c. Đ c bi t, g n đây là th i k  mà robotở ệ ự ặ ệ ầ ờ ỳ  

được dùng cho gia đình th c t  đang đự ế ược bày bán, và m i quan tâm c a xã h i l n h n c  khiố ủ ộ ớ ơ ả