Giáo trình Robot công nghiệp - ThS. Nguyễn Thị Thu Lan

Giáo trình Robot công nghiệp được biên soạn nhằm làm tài liệu chính phục vụ cho công tác dạy học của giảng viên và dùng làm tài liệu học tập dành cho sinh viên hệ cao đẳng ngành tự động hóa. Nội dung tài liệu gồm 5 chương được trình bày theo đúng trình tự và mục tiêu thiết kế của chương trình. Trong đó: 3 chương đầu nói về cấu trúc chung của Robot và hoạt động của tay máy; 2 chương cuối hướng dẫn sinh viên bước vào con đường nghiên cứu và hướng dẫn sinh viên tự lập trình, lắp ráp được các loại robot cơ bản.

TỔNG QUAN VỀ ROBOT

Sơ lƣợc về quá trình phát triển

Ngành công nghiệp đã trải qua bốn giai đoạn phát triển chính, bắt đầu từ những máy móc đơn giản nhất và tiến tới những thiết bị tinh vi, thông minh và phức tạp.

Hình 1.1: Lịch sử 4 cuộc cách mạng công nghiệp

Giai đoạn I của cuộc cách mạng công nghiệp diễn ra vào cuối thế kỉ 18 và đầu thế kỉ 19, bắt đầu với sự phát triển sản xuất hàng hóa trong ngành công nghiệp dệt Sự phát triển thương mại đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng các kênh đào giao thông và đường sắt Động cơ hơi nước đã làm tăng năng suất lao động một cách đột biến, và sự phát triển của máy móc trong hai thập kỉ đầu của thế kỉ 19 đã dẫn đến việc chế tạo các loại máy móc phục vụ cho các ngành sản xuất khác.

Chương I: Tổng quan về Robot

Giáo trình : Robot công nghiệp

Hình 1.2: Động cơ hơi nước và tàu hỏa dùng hơi nước

(Tổng hợp tư liệu từ Internet)

James Watt (19 tháng 1 năm 1736 – 19 tháng 8 năm 1819) là một nhà phát minh và kỹ sư người Scotland, nổi tiếng với những cải tiến quan trọng cho máy hơi nước, góp phần thúc đẩy cuộc Cách mạng công nghiệp Ông cũng là người đầu tiên đưa ra khái niệm mã lực và đơn vị SI của năng lượng, watt, được đặt theo tên ông.

Nhà bác học James Watt đã có những đóng góp quan trọng trong việc cải tiến máy hơi nước, được phát minh bởi Niucômanh vào năm 1705 Mặc dù máy hơi nước Niucômanh đã được sử dụng rộng rãi, Watt nhận thấy rằng nó vẫn tồn tại nhiều hạn chế cần khắc phục.

Giáo trình : Robot công nghiệp được cải tiến vì hơi nước chưa được sử dụng triệt để

Năm 1759, John Robison, bạn của Watt, đã giới thiệu ông đến việc sử dụng hơi nước làm nguồn động lực Mặc dù thiết kế động cơ Newcomen đã tồn tại gần 50 năm mà không thay đổi, Watt bắt đầu thí nghiệm với hơi nước mà chưa từng thấy động cơ hơi nước hoạt động Ông cố gắng xây dựng một mô hình, dù không thành công, nhưng vẫn tiếp tục nghiên cứu và tìm hiểu về chủ đề này Qua đó, ông nhận ra tầm quan trọng của nhiệt ẩn trong việc nghiên cứu động cơ, một khái niệm mà bạn ông, Joseph Black, đã khám phá trước đó.

Năm 1782, ông đã phát minh ra một chiếc máy hơi nước mới với hiệu suất làm việc cao và tiêu hao than ít, khiến cho máy hơi nước Niucômanh trở nên lạc hậu và không còn chỗ đứng trên thị trường.

Máy hơi nước do James Watt phát minh đã nhanh chóng trở thành công nghệ phổ biến, được ứng dụng rộng rãi trong các phương tiện giao thông như tàu thuyền và tàu hỏa Sự phát triển này đã đánh dấu sự khởi đầu của "thời đại máy hơi nước", đưa ngành công nghiệp toàn cầu bước vào một kỷ nguyên mới.

Giai đoạn II của cách mạng công nghiệp bắt đầu vào khoảng thập kỷ 1850 và kéo dài đến đầu thập kỷ 1900 Đến cuối thế kỷ 19, những phát minh nổi bật trong giai đoạn này bao gồm động cơ đốt trong và máy móc sử dụng điện.

Hình 1.3: Thomas Edison, người phát minh đèn điện

(Tổng hợp tư liệu từ Internet)

Vào năm 1820, nhà hóa học Đan Mạch Hans Christian Ørsted đã phát hiện ra hiện tượng điện từ Tiếp theo, vào năm 1821, nhà khoa học người Anh Michael Faraday đã phát minh nguyên lý chuyển đổi từ năng lượng điện sang năng lượng cơ bằng cảm ứng điện từ Ông đã công bố kết quả thí nghiệm của mình liên quan đến chuyển động quay điện từ, bao gồm sự quay của dây dẫn trong từ trường và chuyển động của nam châm xung quanh một dây dẫn.

Michael Faraday cha đẻ kỹ thuật động co điện

- Năm 1822: Peter Barlow phát triển ra bánh xe Barlow

Năm 1828, Ányos Jedlink, nhà khoa học người Hungary, đã phát minh ra động cơ điện đầu tiên sử dụng nam châm điện cho cả rotor và stator Ông cũng đã phát triển động cơ điện có công suất đủ mạnh để có thể đẩy một chiếc xe.

- Năm 1834: Thomas Davenport chế tạo ra động cơ chỉnh lưu

- Năm 1838: động cơ điện công suất 220 W được dùng cho thuyền chế tạo bởi Hermann Jacobi

- Năm 1866: Werner von Siemens sáng chế ra máy phát điện

Werner von Siemens Ôn lại lịch sử bóng đèn sợi đốt: Ai mới là cha đẻ thực sự của nó?

Bóng đèn sợi đốt vẫn được ưa chuộng nhờ vào giá thành rẻ và ánh sáng vàng ấm áp, nhưng có nhược điểm lớn về mức tiêu thụ điện năng cao và tuổi thọ chỉ khoảng 1000 giờ Hiện nay, người tiêu dùng thường chuyển sang sử dụng các loại đèn tiết kiệm năng lượng hơn như đèn tuýp, đèn compact và đèn LED.

Trước năm 1800, lửa là nguồn sáng duy nhất của con người Đến giữa thế kỷ 19, nhiều gia đình ở Anh đã bắt đầu sử dụng khí ga để thắp sáng, với hệ thống ống dẫn gas được xây dựng đến tận nhà.

Giáo trình Robot công nghiệp chỉ ra rằng nguồn sáng hiện tại còn yếu và không đáp ứng đủ nhu cầu sinh hoạt, đặc biệt là cho không gian rộng bên ngoài Trong thời kỳ đó, đèn hồ quang điện được sử dụng để thắp sáng những không gian lớn, nhưng lại quá sáng và không phù hợp cho hộ gia đình Do đó, các nhà khoa học đã nỗ lực phát minh ra một loại đèn thích hợp hơn để chiếu sáng cho các hộ gia đình.

Thí nghiệm năm 1802 của nhà khoa học Humphry Davy đã đánh dấu bước khởi đầu cho sự phát triển của bóng đèn sợi đốt Ông đã cho dòng điện chạy qua một sợi Platin mảnh, khiến sợi này nóng lên và phát sáng, mặc dù ánh sáng không mạnh và không bền lâu Thí nghiệm của Davy đã tạo ra nguồn cảm hứng cho hơn 20 nhà khoa học từ các quốc gia như Anh, Nga, Bỉ, và Pháp, tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện công nghệ bóng đèn sợi đốt.

Giáo trình : Robot công nghiệp nhất trong số đó phải kể đến nhà khoa học người Anh Joseph Swan

Từ năm 1850, Swan đã thiết kế một loại bóng đèn sử dụng than chì để phát sáng trong bình thủy tinh chân không, nhờ vào đặc tính điện trở cao và nhiệt độ nóng chảy cao của nó Khi có dòng điện chạy qua, than chì phát sáng mà không bị đốt cháy do môi trường chân không Tuy nhiên, than chì dễ bị bám muội, làm giảm độ sáng theo thời gian Đến năm 1878, Swan cải tiến bóng đèn bằng cách sử dụng sợi bông làm dây tóc, kết hợp với kỹ thuật hút chân không tiên tiến Đến năm 1880, bóng đèn đã trở nên phổ biến ở Anh, và Swan đã đăng ký bản quyền cũng như thành lập công ty lắp đặt bóng đèn cho chính phủ và các hộ gia đình.

Các khái niệm về Robot

Các khái niệm về robot sẽ đƣợc đề cập đến trong phần này nhƣ : Robots, IR – Industrial Robot, Robotic, Android

- Vào năm 1921, từ “Robot” xuất hiện trong vở kịch “Rossum‟s Universal Robots” của nhà viết kịch viễn tưởng người Sec, Keral Capek Trong vở

Giáo trình về Robot công nghiệp đề cập đến việc sử dụng từ "Robot", một biến thể của từ gốc "Rabota", để chỉ một thiết bị lao công do con người, cụ thể là nhân vật Rossum, tạo ra.

Vào những năm 1940, nhà văn viễn tưởng Nga Isaac Asimov đã mô tả robot như một chiếc máy tự động có hình dáng con người, được điều khiển bởi một hệ thống thần kinh Positron do con người lập trình Ông cũng đã đặt ra ba nguyên tắc cơ bản cho robot.

1 Robot không được xúc phạm con người và không gây tổn hại cho con người

2 Hoạt động của robot phải tuân theo các quy tắc do con người đặt ra Các quy tắc này không đƣợc vi phạm nguyên tắc thứ nhất

3 Một robot cần phải bảo vệ sự sống của mình, nhƣng không đƣợc vi phạm hai nguyên tắc trước

- Các nguyên tắc cơ bản trên dần trở thành nền tảng cho việc thiết kế robot

Robot, từ những ý tưởng hư cấu trong khoa học viễn tưởng, đã được giới kỹ thuật hình dung như những cỗ máy đặc biệt, mô phỏng cấu tạo và hoạt động của con người, nhằm thay thế con người trong một số công việc nhất định.

Để thực hiện nhiệm vụ, robot cần có khả năng cảm nhận các thông số môi trường và thực hiện các hoạt động giống như con người.

Khả năng hoạt động của robot được đảm bảo nhờ vào hệ thống cơ khí, bao gồm cơ cấu vận động để di chuyển và cơ cấu hành động để thực hiện công việc Thiết kế và chế tạo hệ thống này thuộc lĩnh vực khoa học về cơ cấu truyền động, chấp hành và vật liệu cơ khí Chức năng cảm nhận, bao gồm việc thu nhận tín hiệu về trạng thái môi trường và trạng thái của hệ thống, được thực hiện bởi các cảm biến và thiết bị liên quan Hệ thống này được gọi là hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu, hay còn gọi là hệ thống cảm biến.

Giáo trình Robot công nghiệp tập trung vào việc phối hợp hoạt động của hai hệ thống, cho phép robot tự điều chỉnh "hành vi" và hoạt động theo chức năng quy định trong môi trường thay đổi Để đạt được điều này, robot cần có hệ thống điều khiển, bao gồm các yếu tố thuộc lĩnh vực điện tử, kỹ thuật điều khiển và công nghệ thông tin.

- Robot còn có những cách định nghĩa khác nhƣ sau:

Tiêu chuẩn quốc tế ISO 8373 định nghĩa rô-bốt là một loại máy móc tự động, được lập trình sẵn và có khả năng vận động linh hoạt, phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau.

3 trục, có thể cố định hoặc di động tùy theo những ứng dụng của nó trong công nghiệp tự động."

Joseph Engelberger, một người tiên phong trong lĩnh vực rô-bốt công nghiệp, đã từng nói: "Tôi không thể định nghĩa rô-bốt, nhưng tôi biết loại máy móc nào là rô-bốt khi tôi nhìn thấy nó!" Câu nói này thể hiện sự tinh tế trong việc nhận diện và hiểu biết về rô-bốt, nhấn mạnh rằng bản chất của rô-bốt không chỉ nằm ở định nghĩa mà còn ở hình thức và chức năng mà chúng mang lại.

Rô-bốt được định nghĩa bởi từ điển Cambridge trực tuyến là một loại máy có khả năng thực hiện công việc một cách tự động thông qua sự điều khiển của máy tính.

Người máy, hay còn gọi là rô-bốt, là những thiết bị cơ điện tử, thủy lực và nhân tạo, được thiết kế để thay thế con người trong các lĩnh vực công nghiệp cũng như trong những môi trường nguy hiểm Bên cạnh đó, rô-bốt còn đóng vai trò quan trọng trong việc giải trí và hỗ trợ con người trong việc khám phá khoa học.

Nhật Bản hiện đang dẫn đầu thế giới về số lượng robot trong sản xuất công nghiệp, chiếm hơn 70% trong tổng số khoảng 300.000 robot toàn cầu Người Nhật có quan niệm rộng rãi về robot, xem chúng là bất kỳ thiết bị nào có thể thay thế lao động của con người Trong ngành công nghiệp, cả những robot hay tay máy được điều khiển bằng cam cũng được coi là robot.

Hiệp Hội Robot Công Nghiệp Nhật Bản (JIRA) đã phân loại robot thành sáu loại, từ những cánh tay máy được điều khiển trực tiếp bởi con người đến những robot thông minh tích hợp trí tuệ nhân tạo.

1- Robot hoạt động nhờ người điều khiển trực tiếp từng động tác, bằng bảng điều khiển (panen)

2- Robot hoạt động theo chu trình cố định (fixed sequence robots)

3- Robot hoạt động theo chu trình thay đổi đƣợc (variable sequence robots): người điều khiển có thể dễ dàng chỉnh sửa trình tự hoạt động 4- Robot hoạt động theo chương trình và lặp lại chương trình (playback robots): người điều khiển có thể lập trình cho robot trong chế độ huấn luyện (teaching mode)

5- Robot điều khiển theo chương trình số (numerically controlled robots)

6- Robot thông minh intelligent robots): robot có thể hiểu, nhận biết và tương tác với môi trường xung quanh

Lĩnh vực ứng dụng của robot đang ngày càng mở rộng, vượt ra ngoài khái niệm nguyên thủy Ngày nay, robot không chỉ đơn thuần là sự phỏng tác về kết cấu, chức năng hay dáng vẻ của con người Nhiều robot hiện đại có cấu trúc khác biệt hoàn toàn so với cơ thể người và có khả năng thực hiện những nhiệm vụ vượt xa khả năng của con người.

Robotics là một lĩnh vực khoa học liên ngành, kết hợp giữa cơ khí, điện tử, kỹ thuật điều khiển và công nghệ thông tin Ngành khoa học này có nhiệm vụ phát triển và ứng dụng các robot trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Phân loại robot

Trong ngành công nghiệp, robot được phân loại dựa trên bốn yếu tố chính: (1) không gian làm việc, (2) thế hệ robot, (3) bộ điều khiển, và (4) nguồn dẫn động.

1.3.1 Theo không gian làm việc: Để dịch chuyển khâu tác động cuối cùng của robot đến vị trí của đối tƣợng thao tác được cho trước trong không gian làm việc cần phải có ba bậc chuyển động chuyển dời hay chuyển động định vị (thường dùng khớp tịnh tiến và khớp quay loại 5)

Robot công nghiệp thường chỉ cần tối đa bốn bậc chuyển động, không tính đến chuyển động kẹp của tay gắp Thông thường, ba bậc chuyển động định vị là đủ cho hầu hết các ứng dụng, trong khi bốn bậc rất hiếm khi được sử dụng Sự phân loại của robot dựa trên cách phối hợp giữa ba trục chuyển động.

Giáo trình : Robot công nghiệp động cơ bản rồi sau đó đƣợc bổ sung để mở rộng thêm bậc chuyển động nhằm tăng thêm độ linh hoạt

Vùng giới hạn tầm hoạt động của robot đƣợc gọi là không gian làm việc

1 Robot tọa độ vuông góc (cartesian robot):

Robot này có ba bậc chuyển động cơ bản, cho phép chuyển động tịnh tiến dọc theo ba trục vuông góc Không gian làm việc của robot có hình dạng hộp chữ nhật, phù hợp cho những ứng dụng yêu cầu không gian làm việc lớn và độ chính xác cao.

Hình 1.9: Sơ đồ và nguyên lý robot tọa độ vuông góc

2 Robot toạ độ trụ (cylindrical robot):

Robot có ba bậc chuyển động cơ bản gồm hai trục chuyển động tịnh tiến và một trục quay

Hình 1.10: Sơ đồ và nguyên lý robot tọa độ trụ

3 Robot toạ độ cầu (spherical robot):

Robot hình cầu là loại robot được thiết kế với hai khớp quay và một khớp lăng trụ, bao gồm hai trục quay và một trục tuyến tính Với cấu trúc này, robot hình cầu có khả năng hoạt động trong không gian theo tọa độ hình cầu.

Hình 1.11: Sơ đồ và nguyên lý robot tọa độ cầu

4 Robot khớp bản lề (articular robot):

Robot khớp nối, hay còn gọi là robot khớp bản lề, là loại robot được thiết kế với các khớp quay Những robot này có thể có cấu trúc đơn giản với chỉ hai khớp hoặc phức tạp hơn với hệ thống lên đến 10 khớp hoặc nhiều hơn, cho phép chúng tương tác linh hoạt và hiệu quả.

Ba bậc chuyển động cơ bản gồm ba trục quay, cả kiểu robot SCARA

Hình 1.12: Sơ đồ và nguyên lý robot khớp bản lề

Hình 1.13: Hình dạng và ứng dụng của robot bản lề

SCARA stands for Selective Compliance Assembly Robot Arm or Selective Compliance Articulated Robot Arm Most SCARA robots feature a serial structure, where the first motor supports all subsequent motors In the architecture of SCARA robots, two motors are fixed at the base, allowing for enhanced stability and precision in assembly tasks.

Hình 1.14: Hình dạng và nguyên lý robot SCADA

1.3.2 Phân loại theo thế hệ

Theo quá trình phát triển của robot, ta có thể chia ra theo các mức độ sau đây:

1 Robot thế hệ thứ nhất:

Bao gồm các dạng robot hoạt động lặp lại theo một chu trình không thay đổi (playback robots), theo chương trình định trước Chương trình ở đây

Giáo trình Robot công nghiệp có hai dạng chính: chương trình "cứng" không thể thay đổi, như hệ thống cam, và chương trình điều khiển có thể điều chỉnh theo yêu cầu công nghệ nhờ bảng điều khiển hoặc máy tính Đặc điểm nổi bật của robot công nghiệp bao gồm việc sử dụng tổ hợp các cơ cấu cam với công tác giới hạn hành trình, điều khiển vòng hở, và khả năng sử dụng băng từ hoặc băng đục lỗ để nhập chương trình vào bộ điều khiển, mặc dù loại này không cho phép thay đổi chương trình Robot công nghiệp thường được sử dụng trong các công việc gắp - đặt (pick and place).

2 Robot thể hiện thứ hai

Robot được trang bị cảm biến cung cấp tín hiệu phản hồi về trạng thái và vị trí của robot cũng như thông tin môi trường bên ngoài, giúp hệ thống điều khiển lựa chọn thuật toán phù hợp Đây là loại robot có khả năng tự điều chỉnh hoạt động để thích ứng với thay đổi môi trường, được gọi là robot điều khiển thích nghi cấp thấp Robot thế hệ này bao gồm các robot sử dụng cảm biến trong điều khiển, cho phép tạo ra các vòng điều khiển kín kiểu servo.

Giáo trình Robot công nghiệp tập trung vào việc điều khiển vòng kín các chuyển động của tay máy, cho phép robot tự ra quyết định lựa chọn chương trình phù hợp dựa trên tín hiệu phản hồi từ cảm biến Hoạt động của robot có thể được lập trình dễ dàng thông qua các công cụ như bàn phím và bảng điều khiển.

3 Robot thế hệ thứ ba Đây là dạng phát triển cao nhất của robot tự cảm nhận Các robot ở đây đƣợc trang bị những thuật toán xử lý các phản xạ logic thích nghi theo những thông tin và tác động của môi trường lên chúng; nhờ đó robot tự biết phải làm gì để hoàn thành đƣợc công việc đã đƣợc đặt ra cho chúng Hiện nay cũng đã có nhiều công bố về những thành tựu trong lĩnh vực điều khiển này trong các phòng thí nghiệm và được đưa ra thị trường dưới dạng những robot giải trí có hình dạng của các động vật máy Robot thế hệ này bao gồm các robot đƣợc trang bị hệ thống thu nhận hình ảnh trong điều khiển (Vision - controlled robots) cho phép nhìn thấy và nhận dạng các đối tƣợng thao tác Đặc điểm: o Có những đặc điểm nhƣ loại trên và điều khiển hoạt động trên cơ sở xử lý thông tin thu nhận đƣợc từ hệ thống thu nhận hình ảnh (Vision systems - Camera) o Có khả năng nhận dạng ở mức độ thấp nhƣ phân biệt các đối tƣợng có hình dạng và kích thước khá khác biệt nhau

4 Robot thế hệ thứ tƣ

Bao gồm các robot sử dụng các thuật toán và cơ chế điều khiển thích nghi (adaptively controlled robot) được trang bị bước đầu khả năng lựa

Giáo trình Robot công nghiệp được thiết kế để đáp ứng theo một mô hình tính toán xác định, nhằm tạo ra các hành vi phù hợp với môi trường thao tác Robot này có những đặc điểm giống như thế hệ thứ hai và thứ ba, với khả năng tự động lựa chọn và lập trình lại các chương trình hoạt động dựa trên tín hiệu từ cảm biến Bộ điều khiển của robot cần có bộ nhớ lớn để giải quyết các bài toán tối ưu trong điều kiện biên không xác định Kết quả là một tập hợp tín hiệu điều khiển cho các phản ứng của robot.

5 Robot thế hệ thứ năm

Là tập hợp những robot đƣợc trang bị trí tuệ nhân tạo (artificially intelligent robot)

Robot AIBO được trang bị công nghệ trí tuệ nhân tạo tiên tiến, bao gồm khả năng nhận dạng tiếng nói và hình ảnh, xác định khoảng cách, và cảm nhận đối tượng qua tiếp xúc, cho phép nó đưa ra quyết định và giải quyết các nhiệm vụ Ngoài ra, AIBO còn sở hữu mạng Neuron giúp nó có khả năng tự học, cùng với các thuật toán Neuron Fuzzy/Fuzzy để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.

Logic giúp cá nhân tự suy nghĩ và đưa ra quyết định phù hợp với các tín hiệu từ môi trường, dựa trên các thuật toán tối ưu cho một hoặc nhiều mục tiêu cùng lúc.

Hiện nay, lĩnh vực giải trí đang chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của nhiều loại robot thế hệ mới, nổi bật là robot Aibo - chú chó robot của Sony và robot biết đi hai chân, có khả năng khiêu vũ của Honda.

1.3.3 Phân loại theo bộ điều khiển

Ứng dụng Robot

Ngày nay, robot đã trở thành một phần quan trọng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong ngành công nghiệp Bên cạnh đó, các ứng dụng của robot cũng được chú trọng trong các lĩnh vực khác như quốc phòng, dân sinh và y tế.

Robot đã được ứng dụng trong công nghiệp từ lâu, với đa dạng chủng loại và chức năng như nâng, kéo, thả, mang vật nặng, cũng như phân loại và sắp xếp sản phẩm.

Vinaxuki, công ty sản xuất ô tô đầu tiên của Việt Nam, đã ứng dụng rô bốt ABB vào quy trình tự động hóa tại các nhà máy ở Đông Anh và Thanh Hóa Sự xuất hiện của các rô bốt này trong các công đoạn dập, cắt plasma và laser giúp tăng tốc độ sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm, đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế.

Hình 1.24: Robot Handle có thể chạy, nhảy, mang vật nặng

Ngoài ra còn có robot dùng để lắp ráp, sơn, hàn, đủ chủng loại từ lớn tới nhỏ

Hình 1.25: Robot hàn của Panasonic

 Thực hiện theo chế độ lập trình, hàn gia công chi tiết tự động

 Lập trình đường hàn, điều khiển Robot thực hiện quá trình hàn tự động

 Khả năng dịch chuyển theo 6 phương tự do

Hình 1.26: Robot sơn , lắp ráp

Hình 1.27: Robot hàn bán tự động nhà máy Hyundai Thành Công

Ngày 3/12/2016, nhà máy Hyundai Thành Công đã ra mắt dây chuyền Robot hàn tự động hiện đại nhất với 6 chiếc Robot hàn tự động từ Hyundai Hàn Quốc Toàn bộ quy trình hàn được lập trình trước, và Robot tự động mài sạch mỏ hàn sau mỗi 200 điểm hàn, với hoạt động được kiểm soát bởi hệ thống cảm biến xung quanh Nếu phát hiện sai lệch, Robot sẽ tự động dừng lại và báo lỗi Việc sử dụng Robot hàn bán tự động không chỉ nâng cao năng suất mà còn đảm bảo chất lượng xe đạt tiêu chuẩn cao hơn.

Trong những năm gần đây, nhiều quốc gia đã đạt được những tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực phát triển khoa học và công nghệ, đặc biệt là trong việc chế tạo robot quân sự tiên tiến Những ứng dụng này không chỉ nâng cao khả năng tác chiến mà còn cải thiện hiệu quả hoạt động quân sự.

Giáo trình : Robot công nghiệp sự, tăng khả năng làm việc và tính hiệu quả trên chiến trường, thu hút nhiều sự quan tâm của cả thế giới

Hình 1.28: Robot chiến đấu Gladiator của lực quân Mỹ

Hệ thống camera cho phép robot quan sát 360 độ mọi lúc, kết hợp với điện đàm 2 chiều và thiết bị phóng laser, lựu đạn, cũng như khả năng vận chuyển đạn và hàng hóa Robot còn có khả năng cấp cứu thương binh, do thám và tham gia chiến đấu Đặc biệt, việc nghiên cứu và phát triển các hệ thống robot mô đun có thể mở rộng, bao gồm robot điều khiển không dây và robot đa chức năng, đang được chú trọng.

Robot phát hiện và gỡ bom được trang bị công nghệ tiên tiến nhằm tối ưu hóa các nhiệm vụ như dọn dẹp, phá hủy IED, EOD, trinh sát và phát hiện CBRNE, ISR, cũng như loại bỏ vật liệu nguy hiểm Những robot này có cảm biến hiện đại, giúp cải thiện hiệu suất và bảo vệ người lính trên chiến trường.

Hình 1.30: Robot cứu thương trong quân đội

Robot hiện nay có khả năng thực hiện các nhiệm vụ chuyên biệt như kiểm tra các chỉ số sức khỏe quan trọng (nhịp tim, nhịp thở, huyết áp), chụp ảnh và đọc hồ sơ bệnh án của bệnh nhân Thông tin thu thập được sẽ được gửi đến bác sĩ để đảm bảo điều trị kịp thời và hiệu quả.

Hình 1.31 : Robot phẫu thuật Mirosiger Bên cạnh đó, cũng có "robot" có thể can thiệp sâu hơn vào quá trình chữa bệnh

Hình 1.32 : Robot định vị trong phẩu thuật cột sống

Nhờ sự đổi mới tuyệt vời của khoa học và công nghệ sẽ làm cho robot trở thành một người bạn thân của con người trong tương lai

Các nhà khoa học đang nỗ lực phát triển robot có khả năng giao tiếp với con người và hỗ trợ họ trong công việc hàng ngày.

Một số ứng dụng khác của Robot

Dọn dẹp nhà cửa đã là một công việc mệt mỏi, nhưng việc diệt trừ vi khuẩn còn phức tạp hơn nhiều Do đó, robot vệ sinh trở nên cần thiết Công ty Xenex Disinfection Services đã phát triển robot diệt khuẩn sử dụng tia UV để tiêu diệt vi khuẩn và nấm mốc tại các bệnh viện ở miền Nam California.

Chúng ta đã thấy robot chạy và ném đồ vật, nhưng chưa từng chứng kiến chúng cạnh tranh với nhau Nhiều robot được thiết kế để chơi bóng đá, nhưng kích thước nhỏ khiến chúng chỉ phù hợp cho các trận đấu đối kháng Ngoài ra, có những robot được phát triển để chơi bóng bàn, và một nhóm nhà khoa học Nhật Bản đang dạy robot các kỹ năng như bắt, đánh và chạy Tuy nhiên, các động tác này hiện chỉ được thực hiện trên từng robot riêng lẻ.

 Y tá hoặc hộ lý trong bệnh viện

Công việc của y tá và hộ lý rất nặng nhọc, đòi hỏi họ phải chăm sóc nhiều bệnh nhân và di chuyển giường bệnh cùng các vật dụng khác Để giảm bớt gánh nặng này, công ty Abacus Global Technology đã giới thiệu sản phẩm giường EPush vào đầu năm 2014 tại bệnh viện Khoo Teck Puat, Singapore Giường EPush không chỉ được trang bị động cơ hỗ trợ di chuyển mà còn có khả năng duy trì vận tốc an toàn và tự điều chỉnh khi gặp phải thay đổi.

Giáo trình : Robot công nghiệp về địa hình nhƣ thảm, hoặc gạch

Robot bán hàng có khả năng xác định chính xác vị trí sản phẩm trong kho, vượt trội hơn cả nhân viên bán hàng Với sự hỗ trợ của robot, khách hàng sẽ được phục vụ tận tình và nhanh chóng, giúp tiết kiệm thời gian tìm kiếm sản phẩm.

Công ty Lowes đã thử nghiệm dịch vụ robot bán hàng tại cửa hàng Orchard Supply Store với robot OSHbot, giúp khách hàng tìm sản phẩm dễ dàng OSHbot được trang bị bản đồ cửa hàng và bộ định vị GPS để hỗ trợ người mua sắm Tương tự, tại Nhật Bản, robot Pepper không chỉ bán hàng mà còn có khả năng hiểu cảm xúc của khách hàng, sẵn sàng phục vụ một tách Nescafe.

Khi nghỉ tại khách sạn Aloft ở Cupertino, California, đừng bỏ lỡ cơ hội gặp gỡ robot SaviOne Robot này có khả năng hỗ trợ bạn như những nhân viên hướng dẫn truyền thống mà không cần bạn phải trả tiền tip.

CẤU TRÚC CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP

Sơ đồ khối cấu trúc Robot

Robot được cấu tạo từ các khối cấu trúc cơ khí và hoạt động nhờ các cơ cấu tác động, cho phép thực hiện những công việc phức tạp Các cơ cấu này có thể phối hợp với nhau dưới sự điều khiển của bộ phận giống như máy tính, được gọi là bộ điều khiển PC-based.

- Robot đƣợc xây dựng từ các thành phần cơ bản nhƣ sau:

Hình 2.1: Cấu trúc của robot công nghiệp

Cảm biến giám sát môi trường Điều khiển bằng tay Điều khiển tự động

Cơ cấu Chấp hành Điều khiển

Cảm biến trạng thái hệ thống Đối tƣợng tác động

Trang 56 Giáo trình : Robot công nghiệp

Chương II: Cấu trúc Robot công nghiệp

Cơ cấu cơ khí bao gồm các khâu và khớp, tạo thành cánh tay để thực hiện các chuyển động cơ bản Cổ tay mang lại sự khéo léo và linh hoạt, trong khi bàn tay (End Effector) đảm nhiệm vai trò hoàn thành các thao tác trực tiếp trên đối tượng.

Hình 2.2: Các loại tay máy công nghiệp

Hệ thống chấp hành trong tay máy tạo ra chuyển động cho các khâu, sử dụng nguồn động lực từ các loại động cơ như điện, thuỷ lực, khí nén hoặc sự kết hợp giữa chúng Chuyển động của các khớp tay máy được thực hiện thông qua các bộ phận chính gồm nguồn điện, bộ khuếch đại công suất, động cơ và truyền động cơ.

Hình 2.3: Cánh tay robot truyền động điện

Hình 2.4: Cánh tay robot truyền động khí nén

Hình 2.5: Hệ thống tay máy truyền động thủy lực trong máy xúc đào

Thiết bị này có chức năng nhận giá trị của đại lượng vật lý cần đo và chuyển đổi nó thành tín hiệu mà các thiết bị đo hoặc điều khiển có khả năng xử lý.

Chương II: Cấu trúc Robot công nghiệp trị tín hiệu xuất ra của các cảm biến thường được chuẩn hóa để dễ ghép nối vào các mạch xử lí tiếp theo (điện áp, dòng điện, điện trở…) Hệ thống cảm biến gồm các sensor và thiết bị chuyển đổi tín hiệu khác Các hệ thống robot cần có sensor trong là để nhận biết trạng thái của bản thân các cơ cấu của robot và các sensor ngoài để nhận biết trạng thái của môi trường

Cảm biến gia tốc MEMS ADXL345 có khả năng đo các góc nghiêng Roll và Pitch của máy bay, đồng thời được sử dụng để đo lường khả năng tăng tốc của xe Thiết bị này cũng có ứng dụng trong việc đo độ rung trên máy móc, nhà xưởng, và hệ thống điều khiển, góp phần vào việc thiết lập an toàn Ngoài ra, cảm biến còn được dùng để theo dõi các hoạt động địa chấn, độ nghiêng, và tốc độ, với hoặc không có ảnh hưởng của lực hấp dẫn Một trong những ứng dụng phổ biến khác của gia tốc kế là trong việc phát triển máy đo trọng lực trong lĩnh vực kỹ thuật.

Hình 2.7 Cảm biến tốc độ IR FC-03

Cảm biến góc nghiêng SW520 được thiết kế với một quả lắc bên trong và hai bên có nam châm hút, giúp phát hiện và đo lường góc nghiêng một cách chính xác.

Khi robot đứng, quả lắc bên trong nằm ở giữa cảm biến Khi cảm biến nhận dòng điện dương và âm, nó sẽ gửi tín hiệu điện âm đến rơle để ngừng động cơ Nếu robot hoạt động và bị ngã hoặc nghiêng quá 65 độ, quả lắc trong cảm biến sẽ bị lệch.

Rơle ngừng động cơ sẽ tự động ngắt dòng điện âm (-) của robot, giúp tắt động cơ để đảm bảo an toàn trong quá trình hoạt động.

Khi robot được dựng đứng trở lại, quả lắc vẫn giữ nguyên trạng thái và không cung cấp điện cho rơle Để khởi động lại xe, cần phải tắt nguồn và bật lại, lúc đó robot mới có điện để khởi động.

Hình 2.9: Cảm biến góc nghiêng đƣợc dùng trên xe

Cảm biến góc nghiêng đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển robot giữ cân bằng và duy trì vị trí ban đầu Thiết bị này giúp xác định góc nghiêng và điều khiển hai bánh xe di chuyển về phía trước một cách hiệu quả.

4 Hệ thống điều khiển (Controller)

Hiện nay thường là máy tính để giám sát và điều khiển hoạt động của robot hoặc dùng vi xử lý, vi điều khiển, PLC

Hình 2.10 : Các vi điều khiển AVR

Bộ phận tác động trực tiếp lên đối tượng của robot có thể thay đổi tùy thuộc vào yêu cầu công việc, bao gồm tay gắp và các công cụ như súng phun sơn, mỏ hàn, dao cắt, và chìa vặn ốc.

Hình 2.11 : Các dạng tay gắp kẹp

Phần giao tiếp giữa người dùng với hệ thống điều khiển robot

Hình 2.11 : Giao diện điều khiển cánh tay robot

Cấu trúc tay máy

Tay máy là thành phần quan trọng, quyết định hiệu suất làm việc của robot công nghiệp Nó đảm bảo robot có khả năng di chuyển trong không gian và thực hiện các tác vụ như nâng, hạ vật liệu và lắp ráp.

Hình 2.12 : Các thành phần cơ bản của cánh tay robot

Ý tưởng ban đầu trong thiết kế và chế tạo tay máy là bắt chước cấu trúc và chức năng của tay người, nhưng hiện nay, điều này không còn là yêu cầu bắt buộc nữa.

Chương II: Cấu trúc Robot công nghiệp máy hiện nay rất đa dạng và nhiều loại có dáng vẻ khác rất xa với tay người Tuy nhiên, trong kỹ thuật robot người ta vẫn dùng các thuật ngữ quen thuộc nhƣ: vai (Shoulder), cánh tay (Arm), cổ tay (Wrist), bàn tay (Hand) và các khớp (Articulations), để chỉ tay máy và các bộ phận của nó

Hình 2.13: Cấu trúc tay máy cơ bản

- Trong thiết kế cần quan tâm đến các thông số có ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của robot nhƣ:

1 Momen lực: Sức nâng, độ cứng vững, lực kẹp của tay

2 Tầm với hay vùng làm việc: Kích thước và hình dáng vùng mà phần làm việc có thể với tới

3 Sự khéo léo: là khả năng định vị và định hướng phần công tác trong vùng làm việc

Hình 2.14: Cánh tay robot Mover4

Tay máy là hệ thống bao gồm các bộ phận và cơ cấu cơ khí, tạo ra chuyển động tương đối giữa các khâu động thông qua các khớp động hay trục Nó bao gồm các cơ cấu tác động như động cơ điện, xylanh dầu ép và xylanh khí nén để thực hiện các chuyển động cần thiết Một thành phần quan trọng là khâu tác động cuối (End-Effector), thường là các tay gắp hoặc đầu công cụ, để thao tác trên đối tượng Vị trí và vận tốc của khâu cuối thể hiện kết quả tổng hợp của các chuyển động từ các khâu thành phần.

2.2.1 Bậc tự do của tay máy

Tay máy thường có một bậc tự do, tức là số khả năng chuyển động độc lập trong không gian hoạt động Trong robot học, mỗi khả năng chuyển động, bao gồm chuyển động thẳng hoặc quay quanh một trục, được gọi là một trục Mỗi trục này tương ứng với một tọa độ dùng để xác định vị trí của nó.

Chương II: Cấu trúc Robot công nghiệp trong không gian hoạt động Mỗi trục của tay máy đều có cơ cấu tác động và cảm biến vị trí đƣợc điều khiển bởi một bộ xử lý riêng

Các khảo sát thực tế cho thấy để nâng cao độ linh hoạt của tay máy trong công nghiệp, số bậc chuyển động cần thiết là cao nhưng không vượt quá 6 Với 6 bậc chuyển động, nếu được bố trí hợp lý, tay máy có khả năng tiếp cận đối tượng thao tác trong vùng không gian hoạt động theo mọi hướng, từ đó đảm bảo tính linh hoạt cần thiết.

Hình 2.15 : Tay máy 6 bậc, 4 bậc tự do

- Ngoài ra, số bậc tự do nhiều hơn 6 sẽ không kinh tế và khó điều khiển hơn Sáu bậc chuyển động đƣợc bố trí gồm:

1 Ba bậc chuyển động cơ bản hay chuyển động định vị

2 Ba bậc chuyển động bổ sung hay chuyển động định hướng

 Bậc chuyển động cơ bản hay chuyển động định vị

- Về mặt nguyên lý cấu tạo, tay máy là một tập hợp các khâu đƣợc liên kết với

Chương II: Cấu trúc Robot công nghiệp nhau thông qua các khớp động để hình thành một chuỗi động hở Khớp động được sử dụng trên các tay máy thường là các khớp loại 5 (khớp tịnh tiến hoặc khớp quay loại 5) để dễ chế tạo, dễ dẫn động bằng nguồn độc lập và cũng dễ điều khiển Tay máy có số chuyển động độc lập thường là từ ba trở lên (gọi là bậc tự do hay bậc chuyển động)

Các chuyển động độc lập của tay máy bao gồm tịnh tiến và quay, với mỗi khâu động có ít nhất một khả năng chuyển động độc lập Khái niệm bậc tự do hay bậc chuyển động phản ánh số lượng khả năng chuyển động độc lập mà tay máy có thể thực hiện.

Mỗi khâu động trên tay máy có khả năng chuyển động độc lập, do đó số lượng khâu động tương ứng với số bậc chuyển động và số khớp động hay trục Các chuyển động cơ bản trên tay máy, hay còn gọi là chuyển động chính, ảnh hưởng quyết định đến hình dạng không gian hoạt động của nó Những chuyển động này giúp di chuyển cổ tay của tay máy đến các vị trí khác nhau trong vùng không gian hoạt động, vì vậy chúng còn được gọi là các chuyển động định vị.

Ngoài các robot tĩnh tại chủ yếu được ứng dụng trong công nghiệp hiện nay, robot di động cũng đóng vai trò quan trọng trong một số tình huống đặc biệt.

- Bậc chuyển động của robot di động đƣợc xác định bởi số khả năng chuyển động độc lập của nó kể cả các chuyển động di động

Phần ngoài cùng của tay máy, hay còn gọi là khâu tác động cuối (End Effector), thường có hình dạng giống như một tay gấp Đây là bộ phận thực hiện công việc với đối tượng thao tác, có khả năng tác động trực tiếp lên chúng hoặc có thể được thay thế bằng các dụng cụ khác.

Chương II: Cấu trúc Robot công nghiệp cụcông nghệ nhƣ là ống đƣa dây hàn trên robot hàn, đầu phun sơn hoặc phun men, đầu vặn bu-lông, đai ốc trong dây truyền lắp ráp tự động, v.v Chuyển động kẹp của tay gắp không đƣợc kể khi tính bậc chuyển động bởi vì chuyển động này không ảnh hưởng đến vị trí, toạ độ của tay máy Để thuận tiện trong việc điều khiển, mỗi bậc chuyển động của tay máy thường là có nguồn dẫn động riêng, có thểlà nguồn dẫn khí nén, dầu ép hay điện Một số tay máy dùng chung nguồn dẫn cho một nhóm các chuyển động, tuy nhiên, kiểu dùng chung này cồng kềnh và kém linh hoạt hơn Phần lớn các robot công nghiệp hiện đại có một tay máy Tuy vậy trong nhiều ứng dụng cũng có robot có nhiều tay máy

Hình 2.16 : Robot nhiều tay máy phẫu thuật ung thƣ đại trực tràng

 Bậc chuyển động bổ sung (bậc chuyển động định hướng)

Một tay máy cần có một bộ phận công tác ở khâu tác động cuối, như bộ gắp, kẹp hoặc súng phun, với độ linh hoạt cao để hoàn thành nhiệm vụ công nghệ Để đảm bảo khả năng thao tác hiệu quả, tay máy cần tối thiểu ba bậc chuyển động, tương tự như các chuyển động xoay của cánh tay người, với ba khớp quay loại 5 được sử dụng để xoay khâu tác động cuối trong mặt phẳng.

Chương II: Cấu trúc Robot công nghiệp ngang, mặt phẳng thẳng đứng và quay quanh trục của nó

Các bậc chuyển động xoay cổ tay của robot được thiết kế để tăng cường tính linh hoạt, giúp tay máy dễ dàng định hướng vị trí cần thiết để tác động lên đối tượng Điều này không chỉ cải thiện khả năng thao tác mà còn giúp tay máy tránh chướng ngại vật trong không gian làm việc, từ đó nâng cao hiệu suất động lực học của thiết bị.

Hình 2.17 : Phần xoay cổ tay của robot

Hệ thống truyền dẫn động

Các hệ truyền động trong robot bao gồm 3 hệ truyền động chính:

 Hệ truyền động điều khiển bằng điện

 Hệ truyền động điều khiển bằng thủy lực

 Hệ truyền động điều khiển bằng khí nén

2.2.1 Hệ truyền động điều khiển bằng điện:

Hệ truyền động điện trong robot bao gồm các thiết bị điện, điện từ và điện tử, có chức năng chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ và truyền tín hiệu để điều khiển quá trình này Trong lĩnh vực kỹ thuật robot, có thể sử dụng nhiều loại động cơ điện khác nhau để thực hiện các nhiệm vụ khác nhau.

Chương II: Cấu trúc Robot công nghiệp nhƣng thực tế có 2 loại phổ biến hơn cả là:

1 Động cơ điện 1 chiều: Động cơ điện một chiều có hai phần chính: Phần tĩnh và phần động

Có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng:

 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phần ứng (roto) và phần kích từ (stato) đƣợc cung cấp từ hai nguồn riêng rẽ

Hình 2.23 : Sơ đồ và hình dạng motor DC kích từ

 Động cơ điện một chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ đƣợc mắc song song với phần ứng

Hình 2.24 : Sơ đồ và hình dạng motor DC kích từ song song

 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ đƣợc

Chương II: Cấu trúc Robot công nghiệp mắc nối tiếp với phần ứng

Hình 2.25 sơ đồ và hình dạng motor DC kích từ nối tiếp

Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp bao gồm hai cuộn dây kích từ: một cuộn được mắc song song với phần ứng và một cuộn khác được mắc nối tiếp với phần ứng.

Hình 2.26 : Sơ đồ và hình dạng motor DC kích từ hỗn hợp

2 Động cơ điện xoay chiều: Đƣợc sản xuất với nhiều kiểu và công suất khác nhau Có thể phân ra làm 2 loại: động cơ 3 pha và 1 pha

Từ trường quay được tạo ra bằng cách cho dòng điện ba pha chạy

Chương II: Cấu trúc Robot công nghiệp vào ba nam châm điện đặt lệch nhau trên một vòng tròn Khi mắc động cơ vào mạng điện ba pha, từ trường quay do stato gây ra làm cho rôto quay trên trục Chuyển động quay của rôto đƣợc trục máy truyền ra ngoài và đƣợc sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác

Hình 2.27 : Động cơ điện 3 pha

Dựa theo nguyên tắc của động cơ ba pha, người ta chế tạo được những động cơ một pha

Động cơ một pha có cấu tạo gồm hai cuộn dây đặt lệch nhau một góc, trong đó một cuộn dây kết nối trực tiếp với mạng điện, còn cuộn dây kia kết nối qua một tụ điện Cách đấu nối này tạo ra hai dòng điện lệch pha, dẫn đến việc hình thành từ trường quay Tuy nhiên, động cơ một pha chỉ có khả năng đạt công suất nhỏ và trung bình.

2.2.2 Hệ truyền động điều khiển bằng thủy lực

Truyền động thủy lực hoạt động dựa trên áp suất hoặc động năng của dòng chất lỏng, cho phép truyền chuyển động hiệu quả Có hai loại truyền chuyển động thủy lực chính.

1 Hệ truyền dẫn thủy lực dạng động lực: Làm việc dựa trên việc điều khiển động năng của dòng chất lỏng

2 Hệ truyền dẫn thủy lực dạng thể tích: Làm việc dựa trên việc điều khiển thế năng của dòng chất lỏng Hay chính là lưu lượng của dòng chất lưu

Vì vậy đƣợc gọi là hệ truyền dẫn thủy khí dạng thể tích

Hình 2.30 : Hệ truyền động thủy lực dạng thể tích Các cụm và bộ phận thủy lực cơ bản:

Xi lanh thủy lực, hay còn gọi là pit-tông thủy lực, là bộ phận tiếp nhận áp suất của dòng thủy lực, từ đó tạo ra chuyển động tịnh tiến của cản pit-tông hoặc đường dẫn động tịnh tiến của pit-tông, nhằm tạo ra dòng thủy lực.

Hình 2.31 : Xi lanh thủy lực

Bơm thủy lực là thiết bị nhận chuyển động quay từ động cơ đốt trong, động cơ điện hoặc trục trích công suất, nhằm tạo ra dòng thủy lực.

Hình 2.32 : Máy bơm thủy lực

Hệ truyền động thủy lực có những ƣu điểm nhƣợc điểm sau: Ƣu điểm:

- Quán tính bé, dễ thay đổi chuyển động

- Dễ điều khiển tự động

- Tác động nhanh, an toàn ở áp suất cháy nổ

Hệ thống thủy lực cần một bộ nguồn bao gồm thùng dầu, bơm thủy lực, thiết bị lọc, bình tích dầu, van điều chỉnh và đường ống, khiến cho nó trở nên cồng kềnh hơn so với các hệ thống truyền động khí nén và điện.

- Chi phí đầu tƣ lớn

- Không thích hợp với cơ cấu quay với tốc độ nhanh

- Cần có đường xả dầu về bể

- Chiếm chỗ trên mặt bằng

Hình 2.33 : Robot dùng máy thủy lực

2.2.3 Hệ truyền động khí nén

Hệ thống truyền động khí nén là công nghệ phổ biến trong ngành công nghiệp lắp ráp và chế biến, đặc biệt trong các lĩnh vực yêu cầu tiêu chuẩn vệ sinh cao, chống cháy nổ hoặc làm việc trong môi trường độc hại Các ứng dụng điển hình bao gồm lắp ráp điện tử, chế biến thực phẩm, và các quy trình phân loại, đóng gói sản phẩm trong các dây chuyền sản xuất tự động.

Hình 2.34 : Tay máy gắp sản phẩm bằng khí nén

Các dạng truyền động sử dụng khí nén:

Truyền động thẳng là một ưu điểm nổi bật của hệ thống khí nén nhờ vào cấu trúc đơn giản và tính linh hoạt Hệ thống này thường được áp dụng trong các thiết bị gá kẹp chi tiết trong quá trình gia công, cũng như trong các thiết bị đột dập, phân loại và đóng gói sản phẩm.

Hình 2.35 : Hệ thống nén khí thẳng

Truyền động quay là giải pháp lý tưởng khi cần tốc độ truyền động cao mà không yêu cầu công suất lớn, mang lại sự gọn nhẹ và tiện lợi Ví dụ, trong sửa chữa và lắp ráp chi tiết, các công cụ vặn ốc vít và máy khoan, mài có công suất dưới 3kW thường yêu cầu tốc độ lên tới hàng chục nghìn vòng/phút.

Chương II: Cấu trúc Robot công nghiệp vòng/phút Tuy nhiên, ở những hệ truyền động quay công suất lớn, chi phí cho hệ thống sẽ rất cao so với truyền động điện

Hình 2.36 : Truyền động quay khí nén

Dùng khí nén trong hệ truyền động có các ƣu và nhƣợc điểm sau:

 Ưu điểm: Hệ truyền động khí nén tương đối gọn nhẹ, dễ sử dụng, dễ đảo chiều

Nhược điểm của hệ thống này bao gồm việc chuyển động thường đi kèm với dao động do tính nén của chất khí, yêu cầu thêm thiết bị phun dầu bôi trơn Ngoài ra, việc điều khiển tốc độ và dừng chính xác cũng gặp khó khăn.

Hệ thống điều khiển

Robot có khả năng làm việc theo chương trình và được tái lập trình, cho phép người sử dụng giao nhiệm vụ cụ thể Chương trình này là công cụ để hướng dẫn robot thực hiện các công việc một cách hiệu quả Do đó, việc lập trình robot yêu cầu một môi trường phù hợp với ngôn ngữ lập trình nhất định.

Trong hệ thống này, tùy chức năng đƣợc hình thành nhờ bảng mạch riêng Các bảng mạch được liên kết với nhau qua đường truyền (BUS) dữ liệu

Board hệ thống thực chất là 1 CPU ( gồm 1 bộ vi xử lí toán học, 1 EPROM, 1

RAM riêng biệt và RAM chia sẻ với các bo mạch khác thông qua BUS, bộ đếm, thanh ghi, hệ thống ngắt, cũng như một số cổng nối tiếp kết nối với các thiết bị ngoại vi.

Hình 2.37 : Các dòng vi xử lý, điều khiển 16 bits

Sự phát triển của máy tính đã thúc đẩy mạnh mẽ kỹ thuật điều khiển robot, với sự ra đời của nhiều bộ vi xử lý 8 bit và 16 bit như Intel 8086 và 80688 Hiện nay, một số robot hiện đại sử dụng bộ vi xử lý 32 bit, giúp tăng cường đáng kể tốc độ xử lý và phù hợp cho việc điều khiển quỹ đạo liên tục.

Bộ vi xử lý 32 bits, như hình 2.38, đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển các động cơ, nhận tín hiệu từ bộ điều khiển để thực hiện các nhiệm vụ theo chương trình đã được lập trình sẵn.

Phục vụ điều khiển, giao diện với các thiết bị ngoài nhƣ các sensor, PLC, CNC, robot và các thiết bị sản xuất khác

Hình 2.39 : Sensor cảm biến vật thể ( hồng ngoại)

Hình 2.40 : LM35 cảm biến nhiệt độ

Tay gắp Robot

Thiết bị thực thi đầu cuối đơn giản nhất thường sử dụng hai ngón tay có khả năng khép và mở, giúp nhấc và di chuyển các vật nhỏ Các ngón tay này thường được chế tạo từ các thanh cứng, kết nối với động cơ và dây điện để hoạt động hiệu quả.

Hình 2.41 : Robot dùng tay gắp 2 ngón kẹp

Cơ cấu gắp có thiết kế phức tạp, tương tự như bàn tay con người, ví dụ như Shadow Hand và Robonaut, Delft Các kiểu cấu tạo của cơ cấu gắp dựa trên nhiều nguyên lý khác nhau, bao gồm kiểu ngàm sử dụng lực ma sát và kiểu ngàm sử dụng lồng chứa.

Chương II: Cấu trúc Robot công nghiệp ngàm sử dụng lực ma sát sẽ giữ vật thể bằng cách dùng lực ma sát Kiểu lồng chƣa sẽ ôm vật thể theo kiểu cõng/đặt lên trên, sử dụng ít lực ma sát hơn

Hình 2.42 : Robot dùng kiểu tay người

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG II

Câu 1: Vẽ sơ đồ khối cấu trúc của một robot cơ bản và cho biết chức năng các thành phần trong cấu trúc

Câu 2: Cho biết các thành phần chính trong cấu trúc tay máy

Câu 3: Trình bày ƣu khuyết điểm của hệ truyền động điện

Câu 4: Trình bày ƣu khuyết điểm của hệ truyền động khí nén

Câu 5: Trình bày ƣu khuyết điểm của hệ truyền động thủy lực

Câu 6: Cho biết phạm vi áp dụng của các loại tay gắp robot

Câu 7: Vai trò của khối điều khiển robot

Câu 8: Để chuyển tín hiệu tương tự sang số cho bộ điều khiển Robot dùng mạch a DAC b Encoder c Decoder d ADC

Câu 9: Trong các tay máy robot thì khớp dùng phổ biến là a Ít nhất phải có 3 khớp trƣợt b Khớp xoay 1800 c Khớp tịnh tiến d Khớp trƣợt hoặc khớp quay

Câu 10: Tay máy kiểu tọa độ Decac còn gọi là: a Kiểu hình trụ b Kiểu tự do c Kiểu chữ nhật d Kiểu hình cầu

Câu 11: Tay máy Scara là

Chương II: Cấu trúc Robot công nghiệp a Gồm 2 khớp quay và 1 khớp trƣợt, chúng đều có trục song song với nhau b Có 3 khớp đều là khớp quay trong đó trục thứ nhất vuông góc 2 trục còn lại c Dùng 3 khớp trƣợt thực hiện chuyển động thẳng độc lập với nhau d Sử dụng 1 khớp quay và 2 khớp trƣợt hoạt động theo dạng hình trụ

Tay máy kiểu tọa độ trụ có bốn cấu hình khác nhau: a) gồm 2 khớp quay và 1 khớp trượt; b) sử dụng 1 khớp quay và 2 khớp trượt; c) có 3 khớp đều là khớp quay; và d) dùng cả 3 khớp trượt.

Tay máy robot có nhiều loại với đặc điểm và cấu trúc khác nhau Đối với câu hỏi về nhận định đúng về tay máy, tay máy kiểu tọa độ trụ khác với kiểu Decac ở khớp thứ 2, trong khi tay máy kiểu phóng sinh sử dụng 3 khớp trượt Tay máy Scara là sự kết hợp giữa kiểu Decac và kiểu phóng sinh, và tay máy kiểu cầu khác tay máy kiểu trụ do sử dụng khớp quay ở vị trí khớp thứ 2 Về kết cấu tay máy có độ cứng vững cao cho tải trọng lớn, tay máy kiểu tọa độ Decac là lựa chọn phù hợp nhất.

Tay máy chuyên dùng cho công việc lắp ráp tải trọng nhỏ theo phương đứng là tay máy kiểu Scara Các loại tay máy khác như tay máy kiểu phóng sinh, tay máy tọa độ cầu và kiểu Decac không phù hợp cho mục đích này.

Chương III: Mô hình toán động học Robot

- Xác định cách xây dựng hệ trục tọa độ và quỹ đạo chuyển động của

- Biểu diễn được các phương trình trong chuyển động của Robot

- Phát biểu đƣợc các dạng chuyển động của robot: quay, tịnh tiến ,…

- Thiết lập và giải các bài toán về động lực học thuận – nghịch

Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá các loại tọa độ và cách thiết lập hệ trục tọa độ cho robot Đồng thời, chúng ta sẽ tìm hiểu về bộ thông số Denavit-Hartenberg (DH) và ý nghĩa của quỹ đạo chuyển động của robot Bài viết cũng đề cập đến các bài toán động học thuận và nghịch, cùng với các bước cần thiết để xây dựng phương trình động học và động lực học cho robot.

Chương III: Mô hình toán động học Robot

MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG HỌC CỦA ROBOT

HƯỚNG DẪN CHẾ TẠO ROBOT

GIỚI THIỆU MỘT SỐ ROBOT ĐƠN GIẢN

Tiêu đề	Robot Công Nghiệp
Tác giả	ThS. Nguyễn Thị Thu Lan, ThS. Nguyễn Đức Lợi, ThS. Lê Kim Hòa, ThS. Trần Ngọc Bình, KS. Võ Phú Cường
Trường học	Trường Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Điện - Điện Tử Và Tự Động Hóa
Thể loại	giáo trình
Năm xuất bản	2017
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	202
Dung lượng	7,05 MB