THIẾT kế bộ điều KHIỂN mờ LAI điều KHIỂN vị TRÍ TAY máy có TÍNH đến MODULE đàn hồi của CÁNH TAY 81211686

Học viên: Bùi Tuấn Việt Linh Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 60.52.60 Khóa: 33PFIEV Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt – Robot công nghiệp đang được ứng dụng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÙI TUẤN VIỆT LINH

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI

ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ TAY MÁY CÓ TÍNH ĐẾN MODULE ĐÀN HỒI CỦA CÁNH TAY

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Đà Nẵng - Năm 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÙI TUẤN VIỆT LINH

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ TAY MÁY CÓ TÍNH ĐẾN MODULE ĐÀN HỒI CỦA CÁNH TAY

Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Bùi Tuấn Việt Linh

Học viên: Bùi Tuấn Việt Linh

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Mã số: 60.52.60 Khóa: 33PFIEV Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt – Robot công nghiệp đang được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành sản

xuất hiện đại.Với ưu điểm độ chính xác cao, thao tác lặp lại liên tục, tiêu tốn ít năng lượng và làm việc trong những môi trường khắc nghiệt Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của hệ tay máy là chưa linh hoạt như con người và chưa đảm bảo tính ổn định

về chất lượng Mặc dù đã siết chặt chất lượng chế tạo, thiết kế, cải thiện các chiến lược điều khiển để nâng cao độ chính xác động h ọ c, động lực học của robot, nhưng biến dạng của cấu trúc ở trạng thái tĩnh và tác động dưới ảnh hưởng của tải trọng ít được xem xét Luận văn này đề cập đến xây dựng phương pháp bù sai số

do biến dạng đàn hồi của cấu trúc dưới ảnh hưởng của ngoại lực dựa trên công thức kết hợp giữa phương trình Lagrange-Euler với phương pháp giả định, sau

đó thiết kế bộ điều khiển PID Mờ với mong muốn đạt được các chỉ tiêu chất lượng của hệ thống để hoàn thiện các phương pháp nói trên Tác giả đã tóm tắt các kết quả đã đạt được và đưa ra các hướng phát triển tiếp theo

Từ khóa – Robot Công Nghiệp; Phương pháp giả định; Biến dạng đàn hồi; Tay

máy cứng; Tay máy mềm; Điều khiển PID Mờ

DESIGN OF FUZZY PID CONTROLLER FOR POSITION CONTROL OF

MANIPULATOR WITH ELASTIC LINK Abstract – Industrial robots are being used extensively in modern manufacturing

industries With high precision, repeatability, low power consumption and work in harsh environments However, the biggest disadvantage of the manual system is not flexible as human beings and does not guarantee the stability of system quality Despite tightening the quality of manufacturing, designing, and improving control strategies to improve the dynamics of robots, but the deformation of the static structure and influenced by load is less considered This thesis refers to the construction of the error correction method due to the elastic deformation of the structure under the influence of external forces based on the formula combining the Lagrange-Euler equation with the assumed model method, then designing the Fuzzy PID controller with the desire to achieve the quality criteria of the system to perfect the aforementioned methods The author has summarized the results achieved and set out the next direction

Key words – Industrial Robot; Assumed model method; Elastic deformation; Rigid

manipulator; Flexible manipulator; Fuzzy PID Controller

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

5 Kết quả đạt được 3

6 Cấu trúc luận văn 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT 5

1.1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 5

1.1.1 Cấu trúc cơ bản của Robot công nghiệp 5

1.1.2 Động học của Robot công nghiệp 11

1.1.3 Tổng hợp chuyển động của Robot công nghiệp 13

1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT 14

1.2.1 Tổng quan về bộ điều khiển PID 14

1.2.2 Lý thuyết điều khiển Mờ 22

1.2.3 Hệ điều khiển PID – Mờ 25

1.3 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN BÙ SAI SỐ TRÊN THẾ GIỚI CHO ROBOT ĐÀN HỒI 27

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 29

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC CHO TAY MÁY HAI BẬC TỰ DO CÓ TÍNH ĐẾN ĐÀN HỒI 30

2.1 ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP 30

2.1.1 Nhiệm vụ và phương pháp phân tích động lực học của Robot công nghiệp 30

2.1.2 Phương trình Lagrange_Euler 30

2.1.3 Phương trình động lực học của tay máy 31

2.1.4 Động lực học của tay máy 2 bậc tự do 36

2.2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC CHO TAY MÁY HAI BẬC TỰ DO CÓ TÍNH ĐẾN ĐÀN HỒI 38

2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 40

TỰ DO CÓ TÍNH ĐẾN ĐỘ ĐÀN HỒI 41

3.1 MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA TAY MÁY HAI BẬC TỰ DO 41

3.2 PHƯƠNG ÁN SỬ DỤNG BĐK PID 43

3.2.1 Sơ đồ cấu trúc HTĐK Robot sử dụng PID 44

3.2.2 Sơ đồ mô phỏng HTĐK Robot sử dụng bộ PID như sau 44

3.3 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC HTĐK ROBOT SỬ DỤNG BĐK PID MỜ 45

3.4 XÂY DỰNG BĐK PID MỜ CHO ROBOT 2 KHÂU 45

3.4.1 Thiết kế bộ điều khiển mờ cho khâu 1 45

3.4.2 Thiết kế bộ điều khiển mờ cho khâu 2 49

3.4.3 Sơ đồ mô phỏng HTĐK Robot 2 khâu sử dụng bộ điều khiển PID mờ 53

3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 54

CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 55

4.1 CÁC THÔNG SỐ CỦA MÔ HÌNH ROBOT HAI BẬC TỰ DO 55

4.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 55

4.2.1 So sánh quỹ đạo hệ thống trong hai trường hợp: Xét đến biến dạng và không xét đến biến dạng tại vị trí (q1,q2) = (pi/2,0) và (pi/3,pi/6) 55

4.2.2 Khi chưa có tác động của nhiễu 58

4.2.3 Khi có nhiễu nhỏ tác động 58

4.2.4 Khi có nhiễu lớn tác động 59

4.2.5 Khi có nhiễu Sin tác động 60

4.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 62

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)

Số hiệu

a Cấu trúc động học của tay máy hai bậc tự do 2

b Biến dạng của cánh tay robot và sai lệch vị trí các trục theo lý thuyết 2 1.1 Các thành phần chính của Robot công nghiệp 7 1.2 Robot hoạt động theo tọa độ Đề Các 8

1.4 Robot hoạt động theo hệ toạ độ cầu 9 1.5 Robot hoạt động theo hệ tọa độ góc 9

1.6b Các hệ toạ độ đối với 2 khâu động liên tiếp 12

1.8 Đáp ứng nấc của hệ hở có dạng S 16 1.9 Xác định hằng số khuếch đại tới hạn 17 1.10 Đáp ứng nấc của hệ kín khi k = kth 17 1.11 Đáp ứng nấc của hệ thích hợp cho phương pháp Chien-Hrones-

Reswick

18

1.12 Quan hệ giữa diện tích và tổng các hằng số 19 1.13 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển kín 20 1.14 Sơ đồ khối chức năng của bộ điều khiển mờ 23

1.16 Bộ điều khiển mờ lai có khâu tiền xử lý mờ 26 1.17 Hệ mờ với bộ lọc mờ cho tín hiệu chủ đạo x 26

2.1 Robot hoạt động theo hệ tọa độ góc 36

3.3 Sơ đồ kích thích lực  lên 2 khâu Robot 43 3.4 Góc quay Teta1, Teta2 của khâu 1, khâu 2 khi có kích thích lực  43 3.5 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển Robot sử dụng PID 44 3.6 Sơ đồ mô phỏng HTĐK Robot 2 khâu sử dụng bộ PID 44 3.7 Sơ đồ cấu trúc của HTĐK Robot 2 khâu sử dụng BĐK mờ 45

Số hiệu

3.13 Luật hợp thành giữa đầu vào và đầu ra cho khâu 1 48 3.14 Quan hệ giữa đầu vào và đầu ra theo LHT cho khâu 1 48

3.21 Luật hợp thành giữa đầu vào và đầu ra cho khâu 2 52 3.22 Quan hệ giữa đầu vào và đầu ra theo luật hợp thành khâu 52

3.24 Sơ đồ khối mô phỏng HTĐK Robot 2 khâu sử dụng BĐK PID mờ 54 4.1 Quỹ đạo khớp 1 tại vị trí có góc quay pi/2 56 4.2 Quỹ đạo khớp 2 tại vị trí có góc quay 0 56 4.3 Quỹ đạo khớp 1 tại vị trí có góc quay pi/3 57 4.4 Quỹ đạo khớp 2 tại vị trí có góc quay pi/6 57 4.5 Đáp ứng đầu ra Teta1,TeTa2 với bộ điều khiển PID mờ khi chƣa

có nhiễu tác động

58

4.6 Đáp ứng đầu ra Teta1, TeTa2 với bộ PID khi chƣa có nhiễu tác động 58 4.7 Nhiễu nhỏ tác động vào hệ thống 58 4.8 Đáp ứng đầu ra Teta1, TeTa2 với bộ điều khiển PID mờ khi có

nhiễu nhỏ tác động

59

4.9 Đáp ứng đầu ra Teta1, TeTa2 với bộ PID khi có nhiễu nhỏ tác động 59 4.10 Nhiễu lớn tác động vào hệ thống 60 4.11 Đáp ứng đầu ra Teta1, TeTa2 với bộ điều khiển PID Mờ khi có

nhiễu lớn tác động

60

4.12 Đáp ứng đầu ra Teta1, TeTa2 với bộ PID khi có nhiễu lớn tác động 60 4.13 Nhiễu Sin tác động vào hệ thống 61 4.14 Đáp ứng đầu ra Teta1, TeTa2 với bộ điều khiển PID mờ khi 61 4.15 Đáp ứng đầu ra Teta1, TeTa2 với bộ PID khi có nhiễu sin tác động 61

độ công nghiệp hóa và tự động hóa cao

Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của hệ tay máy là chưa linh hoạt như con người

và chưa đảm bảo tính ổn định về chất lượng Do đó, để nâng cao hiệu quả sử dụng robot cần phải đẩy mạnh nghiên cứu về công nghệ chế tạo và công nghệ điều khiển mà trong đó việc nghiên cứu các luật điều khiển và xây dựng bộ điều khiển cho hệ tay máy là rất quan trọng Từ đó đã có rất nhiều công trình nghiên cứu ra đời về phân bổ dung sai chế tạo cho từng khâu trong cấu trúc, các nghiên cứu về chiến lược điều khiển giám sát tích cực có phản hồi nhiều thông số với độ chính xác chế tạo cơ khí thông thường, các công trình về hiệu chỉnh lời giải bài toán động học ngược để khắc phục sai

số quy tròn khi tính toán v.v

Mặc dù đã siết chặt chất lượng chế tạo, thiết kế, cải thiện các chiến lược điều khiển để nâng cao độ chính xác động h ọ c, động lực học của robot, nhưng biến dạng của cấu trúc ở trạng thái tĩnh và tác động dưới ảnh hưởng của tải trọng ít được xem xét Để hoàn thiện bức tranh chung v ề độ chính xác củ a robot công nghiệp, bên cạnh những công trình đã có không thể thiếu m ộ t nghiên cứu v ề tính toán

bù sai s ố đ i ể m cuối dưới ảnh hưởng của tải trọng

Với các lý do trên, tác giả sẽ lựa chọn việc xây dựng phương pháp bù sai số

do biến dạng đàn hồi của cấu trúc dưới ảnh hưởng của ngoại lực, sau đó thiết kế

bộ điều khiển PID - Mờ với mong muốn đạt được các chỉ tiêu chất lượng của hệ thống để hoàn thiện các phương pháp nói trên

2 Mục tiêu nghiên cứu

 Nắm bắt được lí thuyết điều khiển PID và phương pháp điều chỉnh tham số

Kp, Ki, Kd

 Nắm bắt ứng dụng bộ điều khiển Mờ

 Tập trung xây dựng mô hình toán xác định mối quan hệ giữa biến dạng của các khâu tạo thành cánh tay và khâu tác động cuối, sau khi tính toán định lượng, các sai lệch này được sử dụng làm thông tin cho mạch bù chuyển vị trong hệ thống điều khiển PID Mờ

 Ứng dụng bộ điều khiển PID Mờ nhằm hiệu chỉnh lại chính xác vị trí khâu cuối của Robot

 Sử dụng được phần mềm MATLAB SIMULINK làm công cụ xây dựng mô hình mô phỏng kết quả và so sánh, kết luận

2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Trong luận văn giới hạn đối tượng điều khiển là tay máy hai bậc tự do: dưới đây

mô tả cấu trúc động học của tay máy hai bậc tự do

Hình a Cấu trúc động học của tay máy hai bậc tự do

Trong đó:

- 1, 2: Góc quay của từng khâu

- l1, l2 : Chiều dài của từng khâu

- m1, m2: Khối lượng toàn bộ của mỗi khâu

Yêu cầu bài toán điều khiển: Thiết kế bộ điều khiển PID – Mờ để điều khiển vị trí tay máy có tính đến độ đàn hồi

3.1 Giới thiệu bài toán

Khi các cánh tay robot có kích thước lớn hoạt động (như máy nâng hạ nhiều bậc

tự do) thì độ đàn hồi vật liệu sẽ xuất hiện và gây ra những hiệu ứng phi tuyến mạnh, dẫn đến khó điều khiển chính xác vị trí nếu dùng các phương trình mô tả cánh tay máy thông thường như phương trình Lagrange II cho tay máy cứng Do đó việc xây dựng một phương pháp tính toán bù sai số điểm cuối do biến dạng đàn hồi của cấu trúc dưới ảnh hưởng của ngoại lực là rất cần thiết

Xuất phát từ mô hình toán của cơ hệ trong trạng thái dừng luôn tìm được biến dạng của cấu trúc, trên cơ sở đó xác định lượng bù động học để tác động lên các động

cơ nhằm điều chỉnh lại vị trí chính xác theo yêu cầu

Hình b Biến dạng của cánh tay robot và sai lệch vị trí các trục theo lý thuyết

Định tính và định lượng các thành phần sai số là bước quan trọng để bù sai số, phương pháp xác định sai số cần có tính tổng quát để áp dụng được trên các cấu trúc khác nhau, bên cạnh đó cần đưa ra được các thông tin đa dạng như biến dạng dài, biến

dạng góc của tất cả các trục thuộc cấu trúc kể cả khâu cuối

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Do hạn chế về điều kiện thực nghiệm xác định các ma trận khối lượng cấu trúc

và ma trận hệ số cản, đề tài giới hạn trong phạm vi chỉ xem xét cấu trúc ở trạng thái dừng hoặc chỉ khởi tạo các số liệu bù tại các điểm xác định của quỹ đạo sau đó nội suy ghép nối dữ liệu động học bằng các đa thức bậc thấp

Đề tài cũng giới hạn chỉ can thiệp vào các thông số động học trong nỗ lực bù sai lệch của robot, trong khi nếu xác định được ma trận khối lượng cấu trúc và ma trận hệ

số cản sẽ tạo ra số liệu bù dưới dạng động lực học

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học:

Nghiên cứu này cũng như các nghiên cứu khác có cùng mục tiêu nâng cao độ chính xác sẽ cung cấp thêm cho những nhà nghiên cứu, chế tạo và sử dụng robot như một công cụ hiệu quả để hiểu rõ hơn và làm chủ thiết bị khi vận hành Nó cho phép thiết kế các khâu có tỉ lệ độ mảnh/ độ dài hợp lý nhất với vận tốc tối đa cho phép còn đảm bảo độ chính xác, là điều kiện không thể thiếu khi nâng cao tốc độ thao tác nhằm tăng năng suất nhưng không tạo ra sai lệch vị trí hoặc hướng trên khâu cuối vượt quá giới hạn cho phép

Với kết quả nghiên cứu được, đề tài này mang lại ý nghĩa khoa học về vấn đề ứng dụng lý thuyết điều khiển PID Mờ trong việc điều khiển các đối tượng phi tuyến nói chung và robot nói riêng Đề tài đã chỉ ra được sự kết hợp giữa điều khiển mờ và điều khiển PID sẽ mang lại kết quả tốt hơn so với việc chỉ sử dụng bộ điều khiển PID Bên cạnh đó, kết quả nghiên cứu là cơ sở lý thuyết để có thể ứng dụng trong công nghệ chế tạo và sản xuất robot

- Ý nghĩa thực tiễn:

Do chi phí ban đầu cho robot tương đối cao nên năng suất lao động cần được đẩy lên để giảm thời gian khấu hao thiết bị, thực tiễn cho thấy tất cả nhà sản xuất muốn có năng suất tối đa, đồng nghĩa với vận hành thiết bị ở tốc độ lớn nhất có thể Với cấu trúc có sẵn hoặc thiết kế mới điều kiện biên để xác định vận tốc chính là đảm bảo độ chính xác dưới ảnh hưởng của quán tính do khối lượng bản thân và tải trọng gây ra Tập trung vào giải quyết vấn đề này nên luận văn có ý nghĩa thực tiễn trên nhiều khía cạnh như khi thiết kế sao cho khâu có tỉ lệ độ dài/độ mảnh hợp lý nhất, sử dụng sao cho vận tốc robot lớn nhất có thể, trong khi dung sai vị trí khâu cuối là thấp nhất

5 Kết quả đạt được

 Xác định được các biến dạng đàn hồi của cấu trúc robot theo từng phương riêng biệt

Luận văn bao gồm có 4 chương

 Chương 1 Tổng quan về Robot công nghiệp và điều khiển Robot

 Chương 2 Xây dựng mô hình toán học của tay máy hai bậc tự do

 Chương 3 Thiêt kế bộ điều khiển PID Mờ điều khiển tay máy hai bậc tự do

 Chương 4 Mô phỏng và đánh giá kết quả

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP

VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT

1.1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP

1.1.1 Cấu trúc cơ bản của Robot công nghiệp

1.1.1.1 Tổng quan về Robot Công nghiệp

Hiện nay đã có rất nhiều nghiên cứu cũng như ứng dụng của Robot trong cuộc sống và các ngành công nghiệp, nông nghiệp… Có thể nói Robot là tập hợp bao gồm hai phần là phần cứng và phần mềm Phần cứng là toàn bộ các cơ cấu như là cơ cấu cơ khí, cơ cấu truyền động, vi mạch điều khiển, cảm biến… Phần mềm là chương trình điều khiển của Robot Việc kết hợp phần cứng và các chương trình điều khiển đã mang lại khả năng ứng dụng rộng lớn cho Robot

Robot là sự tổ hợp khả năng hoạt động linh hoạt của các cơ cấu điều khiển từ xa với mức độ “tri thức” ngày càng phong phú của hệ thống điều khiển theo chương trình

số cũng như kỹ thuật chế tạo các bộ cảm biến, công nghệ lập trình và các phát triển của trí khôn nhân tạo

1.1.1.2 Khái niệm về Robot Công nghiệp

Robot công nghiệp có thể được định nghĩa theo một số tiêu chuẩn sau:

 Theo tiêu chuẩn AFNOR của Pháp: Robot công nghiệp là một cơ cấu chuyển động tự động có thể lập trình, lặp lại các chương trình, tổng hợp các chương trình đặt

ra trên các trục tọa độ, có khả năng định vị, định hướng, di chuyển các đối tượng vật chất như chi tiết, đạo cụ, gá lắp theo những hành trình thay đổi đã được chương trình hóa nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau

 Theo tiêu chuẩn RIA của Mỹ (Robot Institute of America): Robot là một tay máy vạn năng có thể lặp lại các chương trình, được thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ, hoặc các thiết bị chuyên dùng thông qua các chương trình chuyển động

có thể thay đổi để hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau

 Theo tiêu chuẩn TOCT 25686-85 của Nga: Robot công nghiệp là một máy tự động, được đặt cố định hoặc di động được, liên kết giữa một tay máy và một hệ thống điều khiển theo chương trình, có thể lặp đi lặp lại để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất

 Do đó, robot công nghiệp có thể được hiểu là những thiết bị tự động linh hoạt, thực hiện các chức năng lao động công nghiệp của con người dưới một hệ thống điều khiển theo những chương trình đã được lập trình sẵn

 Với đặc điểm có thể lập trình lại được, robot công nghiệp là thiết bị tự động hóa và ngày càng trở thành bộ phận không thể thiếu được của các hệ thống sản xuất linh hoạt Vì vậy, robot công nghiệp trở thành phương tiện hữu hiệu để tự động hóa,

Quá trình phát triển của Robot được tóm tắt như sau:

 Từ những năm 1950 ở Mỹ đã xuất hiện sản phẩm có tên là Versatran của công

Châu Á có Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu ứng dụng Robot từ năm 1968

- Tuy Mỹ là nước đầu tiên phát minh ra Robot nhưng Nhật Bản là nước sản xuất

ra nhiều nhất

- Một vài số liệu về số lượng Robot được sản xuất ở một vài nước phát triển:

Bảng 1.1 Số lượng Robot các nước công nghiệp phát triển

1.1.1.4 Phân loại Robot Công nghiệp

Ngày nay, robot công nghiệp đã phát triển rất phong phú và đa dạng, vì vậy phân loại chúng không đơn giản Có rất nhiều quan điểm khác nhau và mỗi quan điểm lại phục vụ một mục đích riêng Dưới đây là các cách phân loại chính

 Theo chủng loại, mức độ điều khiển, và nhận biết máy đã được sản xuất trên thế giới có thể phân loại các IR thành các thế hệ sau thông tin của tay máy - người

- Thế hệ 1: Thế hệ có kiểu điều khiển theo chu kỳ dạng chương trình cứng không

có khả năng nhận biết thông tin

- Thế hệ 2: Thế hệ có kiểu điều khiển theo chu kỳ dạng chương trình mềm bước đầu đã có khả năng nhận biết thông tin

- Thế hệ 3: Thế hệ có kiểu điều khiển thông minh, có khả năng nhận biết thông tin và bước đầu đã có một số chức năng lý trí của con người

 Phân loại theo kết cấu

Theo kết cấu của tay máy người ta phân thành robot kiểu toạ độ Đề các, kiểu toạ

độ trụ, kiểu toạ độ cầu, kiểu toạ độ góc, robot kiểu SCARA như đã trình bày ở trên

 Phân loại theo ứng dụng

Dựa vào ứng dụng của robot trong sản xuất có robot sơn, robot hàn, robot lắp ráp, robot chuyển phôi v.v

 Phân loại theo cách thức và đặc trưng của phương pháp điều khiển

Có robot điều khiển hở (mạch điều khiển không có các quan hệ phản hồi), robot điều khiển kín (hay điều khiển servo) : sử dụng cảm biến, mạch phản hồi để tăng độ chính xác và mức độ linh hoạt khi điều khiển

Ngoài ra còn có thể có các cách phân loại khác tuỳ theo quan điểm và mục đích nghiên cứu

1.1.1.5 Ứng dụng của Robot công nghiệp

Robot công nghiệp được áp dụng trong công nghiệp dưới góc độ thay thế con người, nhờ vậy các dây chuyền sản xuất được tăng năng suất và hiệu quả

 Ứng dụng trong công nghiệp: Robot được sử dụng trong công nghệ đúc, hàn, cắt, sơn, phun phủ, tháo lắp, vận chuyển…

 Ứng dụng trong Y học: Robot được sử dụng trong lĩnh vực y tế như nội soi

8

b Kết cấu tay máy

Kết cấu của tay máy gồm hai chuyển động:

 Chuyển động tịnh tiến ( kí hiệu T )

 Chuyển động quay ( kí hiệu R)

Kết cấu tay máy là tổ hợp, là chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay tạo nên các vùng làm việc khác nhau Các kiểu tay máy:

 Robot kiểu toạ độ Đề các: là tay máy có 3 chuyển động cơ bản tịnh tiến theo phương của các trục hệ toạ độ gốc (cấu hình T.T.T) Trường công tác có dạng khối chữ nhật Do kết cấu đơn giản, loại tay máy này có độ cứng vững cao, độ chính xác cơ khí dễ đảm bảo vì vậy nó thường dùng để vận chuyển phôi liệu, lắp ráp, hàn trong mặt phẳng

Hình 1.2 Robot hoạt động theo tọa độ Đề Các

 Robot kiểu toạ độ trụ : Vùng làm việc của Robot có dạng hình trụ rỗng Thường khớp thứ nhất chuyển động quay

Ví dụ: Robot 3 bậc tự do, cấu hình R.T.T như hình vẽ 1.4 Có nhiều robot kiểu toạ độ trụ như : Robot Versatran của hãng AMF (Hoa kỳ)

Hình 1.3 Robot kiểu toạ độ trụ

 Robot kiểu toạ độ cầu: Vùng làm việc của Robot có dạng hình cầu Thường độ cứng vững của loại Robot này thấp hơn so với hai loại trên

Ví dụ: Robot 3 bậc tự do, cấu hình R.R.R hoặc R.R.T làm việc theo kiểu toạ độ cầu (hình 1.5)

Hình 1.4 Robot hoạt động theo hệ toạ độ cầu

 Robot kiểu toạ độ góc (Hệ toạ độ phỏng sinh) : Đây là kiểu Robot được dùng nhiều hơn cả Ba chuyển động đầu tiên là các chuyển động quay,trục quay thứ nhất vuông góc với hai trục kia Các chuyển động định hướng khác cũng là các chuyển động quay Vùng làm việc của tay máy này gần giống một phần khối cầu Tất cả các khâu đều nằm trong mặt phẳng thẳng đứng nên các tính toán cơ bản là bài toán phẳng,

ưu điểm nổi bật của các loại robot hoạt động theo hệ toạ độ góc là gọn nhẹ, tức là có vùng làm việc tương đối lớn so với kích cỡ của bản thân Robot, độ linh hoạt cao Một

ví dụ của Robot hoạt động theo hệ tọa độ phỏng sinh, có cấu hình RRR.RRR

Hình 1.5 Robot hoạt động theo hệ tọa độ góc

Các robot hoạt động theo hệ toạ độ góc như: Robot PUMA của hãng Unimation- Nokia (Hoa Kỳ - Phần Lan), Irb-6, Irb-60 (Thụy Điển), Toshiba, Mitsubishi, Mazak (Nhật Bản) …

 Robot kiểu SCARA : Robot SCARA ra đời vào năm 1979 tại trường đại học Yamanashi (Nhật Bản) là một kiểu robot mới nhằm đáp ứng sự đa dạng của các quá trình sản xuất Tên gọi SCARA là viết tắt của "Selective Compliant Articulated Robot Arm": Tay máy mềm dẻo tuỳ ý Loại robot này thường dùng trong công việc lắp ráp nên SCARA đôi khi được giải thích là từ viết tắt của "Selective Compliance Assembly