- Trang
1-
MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................ 7
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... 8
LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 9
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÁNH TAY ROBOT , TAY
MÁY CÔNG NGHIỆP. ..................................................................................... 10
1.1
. Sơ lược quá trình hình thành và phát triển của robot công nghiệp
…………………………………………………………………………11
1.2
. Các thông số và định nghĩa về robot công nghiệp.......................... 14
1.2.1. Định nghĩa robot công nghiệp ......................................................... 14
1.2.2. Các thông số cơ bản của cánh tay robot ......................................... 15
1.2.2.1. Bậc tự do của robot (DOF : Degrees Of Freedom) .................. 15
1.2.2.2. Hệ tọa độ(Coordinate frames) ................................................... 17
1.2.2.3. Trường công tác của robot(Workspace or Range of motion) . 18
1.2.2.4. Tải trọng ..................................................................................... 19
1.2.2.5. Tầm với ....................................................................................... 20
1.2.2.6. Độ phân giải không gian ........................................................... 20
1.2.2.7. Độ chính xác ............................................................................. 20
1.2.2.8. Độ lặp lại ................................................................................... 20
1.2.2.9. Độ nhún ...................................................................................... 20
1.3. Phân loại robot........................................................................................ 20
1.3.1. Robot công nghiệp ............................................................................. 20
1.3.2. Robot di động (Mobile Robot) .......................................................... 23
1.4. Một số ứng dụng của cánh tay robot trong cuộc sống hiện nay........ 24
GIỚI THIỆU CÁNH TAY ROBOT RV-2AJ CỦA
CHƯƠNG 2:
MITSUBISHI...................................................................................................... 29
2.1. Cơ cấu chấp hành của cánh tay robot RV-2AJ ................................... 30
2.1.1. Thông số kỹ thuật và cấu tạo chung của cánh tay Robot Mitsubishi
RV-2AJ ......................................................................................................... 30
2.1.2. Thành phần của tay máy .................................................................. 36
2.1.3. Thiết bị điều khiển ............................................................................ 39
2.1.4 Đầu vào ra trên Robot ....................................................................... 46
2.1.5 Hướng dẫn lập trình bằng bộ Teaching Pendant (T/B) ................... 47
2.2. Ngôn ngữ dùng để lập trình cho cánh tay robot MELFA-BASIC IV 49
2.2.1. Thiết lập các thông số giao tiếp với máy tính .................................. 49
2.2.2. Tập lệnh của ngôn ngữ MELFA-BASIC IV ................................... 50
2.2.3 Một số lỗi thường gặp khi giao tiếp với cánh tay robot .................... 53
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÁNH TAY ROBOT RV-2AJ VÀ XỬ LÝ ẢNH
ĐỂ PHÁT HIỆN VÀ XỬ LÝ SẢN PHẨM LỖI TRONG DÂY CHUYỀN
ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM.
.............................................................................................................................. 54
3.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................. 55
GVHD: Th.S Vuõ Thaêng Long
- Trang
2-
3.1.1. Cơ bản về Matlab .............................................................................. 55
3.1.2. Khởi động Matlab ............................................................................. 55
3.1.3. Phép toán với vector và ma trận trong Matlab ............................... 56
3.1.4. Matlab guide .................................................................................... 58
3.1.4.1. Khởi động giao diện GUI........................................................... 58
3.1.4.2. Cửa số GUI hiện ra.................................................................... 60
3.1.4.3. Thay đổi thuộc tính điều khiển.................................................. 61
3.1.5. Cơ bản về ảnh và các hàm xử lý ảnh trong Mtalab ....................... 63
3.1.5.1. Các kiểu ảnh trong matlab ........................................................ 63
3.1.5.2. Các hàm xử lý cơ bản trong matlab .......................................... 66
3.1.6. Phân tích thành phần chính PCA.................................................... 67
3.1.6.1. Sơ lược về phân tích thành phần chính PCA ........................... 67
3.1.6.2. Thuật toán phân tích thành phần chính PCA .......................... 67
3.2. THIẾT KẾ CƠ KHÍ............................................................................... 69
3.2.1. Thiết kế băng tải ............................................................................... 69
3.2.2. Chọn thiết bị dẫn động và phương pháp truyền động ..................... 72
3.2.2.1. Thiết bị dẫn động ....................................................................... 72
3.2.2.2. Phương pháp truyền động ......................................................... 73
3.2.3. Cảm biến phát hiện khay đựng sản phẩm ........................................ 76
3.2.4. Chế tạo các khối sản phẩm và khay đựng sản phẩm ...................... 77
3.2.4.1. Chế tạo các khối sản phẩm........................................................ 77
3.2.4.2. Chế tạo các khay đựng sản phẩm ............................................. 78
3.2.4.3. Chế tạo các tấm sàn để gá băng tải, làm kho chứa các khối sản
phẩm và khay đựng .................................................................................. 79
3.3. MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ TRUYỀN THÔNG .................................. 81
3.4. LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN ............................................ 86
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CÁNH TAY ROBOT RV-2AJ ĐỂ KHOAN
MẠCH IN (PCB)………………………………..……………………………88
4.1. Các công đoạn chế tạo mạch in ............................................................. 89
4.1.1. Thiết kế và vẽ mạch in ....................................................................... 89
4.1.2. In và ủi mạch lên board đồng....................................................... 90
4.1.3. Kiểm tra lại và rửa mạch ................................................................... 92
4.1.4. Khoan mạch in, lắp linh kiện, hàn linh kiện và kiểm tra ............... 93
4.2. Lưu đồ giải thuật chương trình khoan mạch in ................................ 102
CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ.................... 103
5.1. Cánh tay robot dùng XLA phát hiện và xử lý sản phẩm lỗi ............ 104
5.1.1. Thu nhận ảnh vào bằng Matlab..................................................... 104
5.1.2. Tạo cơ sở dữ liệu các ảnh đầu vào................................................. 108
5.1.3. So sánh ảnh và truyền thông.......................................................... 108
5.1.4. Thoát chương trình......................................................................... 108
5.2. Cánh tay robot khoan mạch in............................................................ 109
5.2.1. Vẽ mạch in dùng để khoan............................................................. 109
5.2.2. Lắp và cố định mạch in vào sàn gỗ, chọn chương trình khoan ... 109
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT. ......................................................... 111
6.1. Kết luận ................................................................................................ 112
6.2. Đề xuất .................................................................................................. 112
GVHD: Th.S Vuõ Thaêng Long
- Trang
3-
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 113
PHỤC LỤC 1 .................................................................................................... 114
PHỤC LỤC 2 .................................................................................................... 125
PHỤC LỤC 3 .................................................................................................... 131
PHỤC LỤC 4 .................................................................................................... 144
GVHD: Th.S Vuõ Thaêng Long
- Trang
4-
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Điều khiển cánh tay bằng cơ cấu điều khiển từ xa theo kiểu chủ-tớ.
Hình 1.2: Biểu diễn không gian của cánh tay máy.
Hình 1.3: Robot PUMA 6 bậc tự do.
Hình 1.4: Bậc tự do của robot.
Hình 1.5: Các tọa độ suy rộng của robot.
Hình 1.6: Quy tắc bàn tay phải.
Hình 1.7: Biểu diễn trường công tác của robot.
Hình 1.8: Robot LR Mate 200iB.
Hình 1.9: Robot kiểu toạ độ Đề các.
Hình 1.10: Robot kiểu toạ độ trụ.
Hình 1.11: Robot kiểu toạ độ cầu.
Hình 1.12: Robot kiểu Scara.
Hình 1.13: Phân loại các loại robot chuyên dùng. (Nguồn : Reis Robotics, ABB
Flexible Automation, CMB Automation).
Hình 1.14: Một sản phẩm robot song song (Nguồn : PRSC’s).
Hình 1.15: Mobile robot ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau.
Hình 1.16: Cánh tay robot hàn trong công nghệ sản xuất cơ khí của hãng ABB.
Hình 1.17: Ứng dụng Robot trong các hệ thống sản xuất linh hoạt.
Hình 1.18: Robot được sử dụng trong công đoạn cấp liệu và lắp ráp.
Hình 1.19: Robot phẫu thuật (Nguồn Accury, Inc).
Hình 1.20: Các ứng dụng Robot trong các lĩnh vực thám hiểm, quân sự, vệ tinh.
Hình 1.21: Cánh tay robot dùng để giảng dạy tại một số trường.
Hình 1.22: Một số loại robot giải trí.
Hình 2.1: Hình dáng tổng thể của cánh tay robot RV-2AJ.
Hình 2.2: Sơ đồ cánh tay robot.
Hình 2.3: Cấu trúc bên trong tay máy.
Hình 2.4: Sơ đồ bố trí động cơ các trục
Hình 2.5: Sơ đồ bố trí các ngõ vào/ra trên tay máy.
Hình 2.6 : Sơ đồ hệ thống điện và khí nén của cánh tay Robot.
Hình 2.7: Cáp máy và kết nối.
Hình 2.8: Cấu trúc van solenoid.
Hình 2.9: Cấu trúc cáp đầu vào.
Hình 2.10: Ống khí nén.
Hình 2.11: Bộ điều khiển của cánh tay robot.
Hình 2.12: Mặt trước bộ điều khiển CR1-571.
Hình 2.13: Mặt sau của bộ điều khiển CR1-57.
Hình 2.14: Mặt trước Bộ điều khiển bằng tay
GVHD: Th.S Vuõ Thaêng Long
- Trang
5-
Hình 2.15: Mặt sau bộ điều khiển bằng tay.
Hình 2.16: Module vào ra của cánh tay robot.
Hình 2.17: Kết nối T /B với Bộ điều khiển.
Hình 2.18: Đóng mở cánh tay kẹp.
Hình 2.19: Khai báo các thông số khi giao tiếp với cánh tay Robot.
Hình 3.1: Cửa số GUIDE.
Hình 3.2: Cửa số biên soạn GUI.
Hình 3.3: Cửa sổ thuộc tính.
Hình 3.4: Ảnh Index.
Hình 3.5: Ảnh xám.
Hình 3.6: Ảnh nhị phân.
Hình 3.7: Ảnh màu RGB.
Hình 3.8: Cấu tạo chung của băng tải.
Hình 3.9: Băng tải đai.
Hình 3.10: Băng tải con lăn.
Hình 3.11: Mô hình băng tải đai được sử dụng.
Hình 3.12: Động cơ bước.
Hình 3.13: Động cơ servo.
Hình 3.14: Động cơ 1 chiều.
Hình 3.15: Các loại truyền động quay.
Hình 3.16: Bộ truyền xích.
Hình 3.17: Truyền động xích được lắp vào băng tải.
Hình 3.18: Cảm biến quang E3JK-DS30MM1 US của OMRON.
Hình 3.19: Mô hình băng tải hoàn thiện.
Hình 3.20: Khối sản phẩm.
Hình 3.21: Khay đựng sản phẩm và các khối sản phẩm.
Hình 3.22: Bản vẽ 2D của hai tấm sàn và khay đựng sản phẩm.
Hình 3.23: Bố trí tổng thể trên 2 tấm sàn.
Hình 3.24: Sơ đồ bố trí trên bàn ROBOT.
Hình 3.25: Khối nguồn nuôi.
Hình 3.26: Sơ đồ nguyên lý chân của VĐK ATmega32.
Hình 3.27: Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển từ USB2COM.
Hình 3.28: Mạch PL2303 đã thi công.
Hình 3.29: Sơ đồ nguyên lý của phần mạch công suất.
Hình 3.30: Mạch giao tiếp trung gian chế tạo hoàn thiện.
Hình 3.31: Lưu đồ giải thuật của chương trình xử lý SP.
Hình 4.1: Một mạch in(PCB).
Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý mạch in được vẽ bằng phần mềm Orcad.
Hình 4.3: Mạch in được in ra giấy và board đồng để ủi mạch.
GVHD: Th.S Vuõ Thaêng Long
- Trang
6-
Hình 4.4: Dùng bàn là để ủi mạch.
Hình 4.5: Mạch sau khi ủi xong được ngâm vào nước.
Hình 4.6: Dùng bút tô lại những đường mạch bị đứt.
Hình 4.7: Pha thuốc rửa với nước ấm theo liều lượng phù hợp.
Hình 4.8: Cho mạch in vào dung dịch thuốc rửa và lắc đều.
Hình 4.9: Phần đồng thừa của mạch đã bị ăn mòn hết.
Hình 4.10: Mạch in sau khi được lau sạch và tráng nhựa thông.
Hình 4.11: Động cơ DC thường dùng để khoan mạch.
Hình 4.12: Một số loại khoan bàn có thể dùng để khoan mạch.
Hình 4.13: Một loại động cơ khoan mạch chuyên dụng.
Hình 4.14: Adapter cung cấp nguồn cho khoan hoạt động.
Hình 4.15: Đầu kẹp mũi khoan.
Hình 4.16: Các loại mũi khoan thường dùng để khoan.
Hình 4.17: Phần vỏ của động cơ đã được “độ” lại.
Hình 4.18: Động cơ khoan sau khi gắn vào cánh tay robot.
Hình 4.19: Một máy khoan mạch chuyên dụng.
Hình 4.20: Mạch in được cố định trên tấm sàn.
Hình 4.21: Chương trình điều khiển cánh tay khoan mạch in được nạp vào bộ
điều khiển.
Hình 4.22: Thiết lập tốc độ hoạt động cho cánh tay robot.
Hình 4.23: Lưu đồ giải thuật chương trình khoan mạch in.
Hình 5.1: Các thành phần bên trong Image Acquisition Toolbox.
Hình 5.2: Cửa sổ preview.
Hình 5.3: Giao diện điều khiển chính.
Hình 5.4: Mạch dùng để khoan.
Hình 5.5: Cánh tay robot đang khoan mạch.
Hình 5.6: Mạch in sau khi khoan xong.
GVHD: Th.S Vuõ Thaêng Long
- Trang
7-
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Sản lượng Robot.
Bảng 2.1: Bảng thông số kỹ thuật của cánh tay robot.
Bảng 2.2: Bảng thông số kỹ thuật của bộ điều khiển CR1-57.
Bảng 2.3 : Các phương thức di chuyển.
Bảng 2.4: Bảng cài đặt giao tiếp RS-232C.
Bảng 2.5: Những tập lệnh thông dụng của ngôn ngữ MELFA_BASIC IV.
Bảng 3.1: Chuyển đổi giữa các kiểu ảnh.
Bảng 3.2: Các loại truyền động xích và hình dạng.
Bảng 3.3: Ưu nhược điểm của bộ truyền xích.
Bảng 5.1: Liệt kê các thông số của thiết bị thu video.
GVHD: Th.S Vuõ Thaêng Long
- Trang
8-
LÔØI CAÛM ÔN
----------- -----------
Lời đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới nhà truờng, Khoa cơ
khí, Bộ môn CƠ ĐIỆN TỬ, các thầy cô đã dạy dỗ và dìu dắt chúng em trong
suốt 4 năm học vừa qua để có được những kiến thức đại cương, cơ sở nghành
và môn chuyên nghành để sau này em có thể vào đời làm việc, sử dụng kiến
thức đã được trang bị trong trường để phục vụ cho nhu cầu xã hội.
Để thực hiện thành công đồ án là sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các
thầy trong bộ môn CƠ ĐIỆN TỬ. Và đặc biệt là thầy hướng dẫn, thầy Vũ Thăng
Long, người đã hướng dẫn tận tình , giúp em định hướng, góp ý và cung cấp ý
tưởng cũng như chỉ dẫn tài liệu và các tiến trình thực hiện đồ án. Em cũng xin
cảm ơn sự đóng góp ý kiến và giúp đỡ của các bạn trong lớp. Một lần nữa em
xin chân thành cảm ơn quý thầy cô, kính chúc quý thầy cô dồi dào sức khỏe,
hạnh phúc và thành công trong công việc và cuộc sống.
GVHD: Th.S Vuõ Thaêng Long
- Trang
9-
LÔØI NOÙI ÑAÀU
----------- -----------
Trong thời đại ngày nay đất nước ta đang phát triển theo xu hướng công
nghiệp hoá hiện đại hoá. Mục đích đến năm 2020 đất nước ta trở thành một nước
công nghiệp, để đạt được mục tiêu đó thì không thể thiếu vắng ngành công nghệ
cơ điện tử, cơ điện tử là một ngành mà trong đó là sự kết hợp giữa cơ khí ,điện
tử, và tin học. Và đây dược xem là một ngành của tương lai trong vòng mấy năm
tới.
Có thể nói trong lĩnh vực điều khiển và trong công nghiệp hiện nay, các
công việc nặng nhọc, nguy hiểm và đòi hỏi độ chính xác cao đều được thay thế
bằng các máy móc hiện đại, trong đó cánh tay robot công nghiệp. Việc thay thế
con người bằng các máy móc hiện đại không những đem lại sự an toàn cho
người lao động mà còn góp phần tăng năng suất lao động, giảm chi phí sản suất
đem lại hiệu quả kinh tế cao.
Việc nghiên cứu và tiến tới điều khiển, làm chủ các tay máy công nghiệp
cũng như các máy móc hiện đại trong thời kỳ công nghiệp hóa hiện, hiện đại hóa
như hiện nay là rất cần thiết và quan trọng để góp phần đưa đất nước phát triển
hòa nhập với khu vực và thế giới. Chính vì lý do đó, em chọn đề tài: “Nghiên
cứu, sử dụng cánh tay robot Mitsubishi vào đào tạo kỹ sư cơ điện tử - ĐH Nha
Trang” làm đồ án tốt nghiệp cuối khóa. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến
các thầy cô trong khoa Cơ khí, bộ môn cơ điện tử và đặc biệt là Thầy hướng dẫn
Th.S Vũ Thăng Long đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành thành được đồ án này.
Tuy nhiên do thời gian và trình độ có hạn nên sẽ không tránh khỏi sai sót, kính
mong các thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn. Em
xin chân thành cảm ơn.
Nha Trang ngày 19 tháng 6 năm 2011
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Quốc Vương
GVHD: Th.S Vuõ Thaêng Long
- Trang
10 -
CHƯƠNG 1:
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÁNH
TAY ROBOT , TAY MÁY CÔNG NGHIỆP.
GVHD: Th.S Vuõ Thaêng Long
- Trang
11 -
1.1 . Sơ lược quá trình hình thành và phát triển của robot công nghiệp
Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec(Czech) “Robota” nghĩa là công việc
tạp dịch trong vở nhạc kịch Rossoum‘s Universal Robot của Karel Capek, vào
năm 1921. Trong vở kịch này, Rossum và con trai ông ta đã chế tạo ra những cái
máy gần giống với con người để phục vụ con người. Có lẽ đây là những gợi ý
ban đầu cho những nhà sáng chế kỹ thuật thiết kế ra các cơ cấu máy bắt chước
hoạt động cơ bắp của con người.
Những thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF(American Machine and Foundry
Company) quảng cáo một loại máy tự động vạn năng gọi là “Người máy công
nghiệp” (Industry Robot). Ngày nay người ta đặt tên người máy công nghiệp
(hay robot công nghiệp) cho những loại thiết bị có dáng dấp và một vài chức
năng giống như tay người được điều khiển tự động để thực hiện các thao tác sản
xuất.
Về mặt kỹ thuật, những robot công nghiệp ngày có nguồn gốc từ hai lĩnh vực ra
đời sớm hơn đó là cơ cấu điều khiển từ xa và các máy công cụ điều khiển số
(NC - Numerically Controlled Machine Tool).
Các cơ cấu điều khiển từ xa (hay các thiết bị kiểu chủ-tớ) đã phát triển mạnh
trong chiến tranh thế giới lần thứ hai nhằm nghiên cứu các vật liệu phóng xạ.
Người thao tác được tách biệt khỏi khu vực phóng xạ bởi một bức tường có một
hoặc vài cửa quan sát để có thể nhìn thấy được công việc bên trong. Các cơ cấu
điều khiển từ xa thay thế cho cánh tay của người thao tác, nó gồm có một bộ kẹp
ở bên trong (tớ) và hai tay cầm ở bên ngoài (chủ). Cả hai, tay cầm và bộ kẹp,
được nối với nhau bằng một cơ cấu sáu bậc tự do để tạo ra các vị trí và hướng tuỳ
ý của tay cầm và bộ kẹp. Cơ cấu dùng để điều khiển bộ kẹp theo chuyển động
của tay cầm.
GVHD: Th.S Vuõ Thaêng Long
- Trang
12 -
Hình 1.1: Điều khiển cánh tay bằng cơ cấu điều khiển từ xa theo kiểu chủ-tớ.
Vào khoảng năm 1949, các máy công cụ điều khiển số ra đời, nhằm đáp ứng
yêu cầu gia công các chi tiết trong ngành chế tạo máy bay. Những robot đầu tiên
thực chất là sự nối kết giữa các khâu cơ khí của cơ cấu điều khiển từ xa với khả
năng lập trình của máy công cụ điều khiển số.
Dưới đây chúng ta sẽ điểm qua một số thời điểm lịch sử phát triển của người
máy công nghiệp. Một trong những robot công nghiệp đầu tiên được chế tạo là
robot Versatran của công ty AMF, Mỹ. Cũng vào khoảng thời gian này ở Mỹ
xuất hiện loại robot Unimate -1900 được dùng đầu tiên trong kỹ nghệ ôtô.
Tiếp theo Mỹ, các nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp : Anh -1967,
Thụy Điển và Nhật -1968 theo bản quyền của Mỹ; CHLB Đức -1971; Pháp 1972; ở ý - 1973. . .
Từ những năm 70 việc nghiên cứu nâng cao tính năng của robot đã chú ý
nhiều đến sự lắp đặt thêm các cảm biến ngoại tín hiệu để nhận biết môi trường
làm việc. Tính năng làm việc của robot ngày càng được nâng cao, nhất là khả
năng nhận biết và xử lý. Năm 1967 tại trường đại học tổng hợp Standford(Mỹ)
người ta đã tạo ra loại robot lắp ráp tự động điều khiển bằng máy vi tính trên cơ
sở xử lý thông tin từ các cảm biến lực và thị giác (mắt – tay). Vào thời gian này
công ty IBM đã chế tạo loại robot có các cảm giác và cảm biến lực điều khiển
bằng máy tính để lắp ráp các máy in gồm 20 cụm chi tiết. Năm 1974 Công ty Mỹ
Cincinnati đưa ra loại robot được điều khiển bằng máy vi tính, gọi là robot T3
(The Tomorrow Tool : Công cụ của tương lai). Robot này có thể nâng được vật
có khối lượng đến 40 KG.
GVHD: Th.S Vuõ Thaêng Long
- Trang
13 -
Có thể nói, 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, hệ chuyên gia ...
Trong những năm sau này, việc nâng cao tính năng hoạt động của robot không
ngừng phát triển. Các robot được trang bị thêm các loại cảm biến khác nhau để
nhận biết môi trường chung quanh nó, cùng với những thành tựu to lớn trong lĩnh
vực Tin học - Điện tử đã tạo ra các thế hệ robot với nhiều tính năng đặc biệt,
số lượng robot ngày càng gia tăng, giá thành ngày càng giảm. Nhờ vậy, robot
công nghiệp đã có vị trí quan trọng trong các dây chuyền sản xuất hiện đại.
Còn ở Việt Nam, trong giai đoạn trước năm 1990 hầu như trong nước hoàn
toàn chưa du nhập về kỹ thuật robot, thậm chí chưa nhận được nhiều thông tin về
lĩnh vực này. Giai đoạn tiếp theo từ năm 1990 các ngành công nghiệp trong nước
bắt đầu đổi mới. Nhiều cơ sở đã nhập ngoại nhiều dây chuyền thiết bị mới. Đặc
biệt là các cơ sở liên doanh với nước ngoài đã nhập ngoại nhiều loại robot phục
vụ cho các công việc như: tháo lắp các dụng cụ cho các trung tâm gia công và
các máy CNC, lắp ráp các linh kiện điện tử, tháo sản phẩm ở các máy ép nhựa tự
động, hàn vỏ xe ô tô, phun phủ các bề mặt…
Tháng 4 năm 1998, nhà máy Rorze/Robotech bước vào hoạt động, là nhà máy
đầu tiên ở Việt Nam chế tạo và lắp ráp robot. Đó là loại robot có cấu trúc đơn
giản nhưng rất chính xác dùng trong sản xuất chất bán dẫn.
Một vài số liệu về số lượng robot được sản xuất ở một vài nước công nghiệp
phát triển như sau :
Nước SX
Năm 1990
Năm 1994
Nhật
Mỹ
Đức
Ý
Pháp
Anh
Hàn Quốc
60.118
4.327
5.845
2.500
510
1.000
29.756
7.634
5.125
2.408
1.197
1.086
1.200
Năm 1998
(Dự tính)
67.000
11.100
8.600
4.000
2.000
1.500
Bảng 1.1: Sản lượng Robot.
GVHD: Th.S Vuõ Thaêng Long
- Trang
14 -
Mỹ là nước đầu tiên phát minh ra robot nhưng nước phát triển cao nhất trong
lĩnh vực nghiên cứu chế tạo và sử dụng robot lại là Nhật.
1.2 . Các thông số và định nghĩa về robot công nghiệp
1.2.1. Định nghĩa robot công nghiệp
Tùy mỗi quốc gia, tổ chức và mục đích sử dụng hiện nay có nhiều định nghĩa
về robot công nghiệp, có thể điểm qua một số định nghĩa sau:
Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (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: chi tiết, dao cụ, gá
lắp…theo những hành trình thay đổi đã chương trình hóa nhằm thực hiện các
nhiệm vụ công nghệ khác nhau.
Định nghĩa theo RIA (Robot indtitite 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.
Định nghĩa theo ΓOCT 25686-85 (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
lập trình lại để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình
sản xuất.
Có thể nói robot công nghiệp là một tay máy tự động linh hoạt thay thế từng
phần hoặc toàn bộ các hoạt động cơ bắp và hoạt động trí tuệ của con người trong
nhiều khả năng thích nghi khác nhau.
Robot công nghiệp với khả năng chương trình linh hoạt trên nhiều trục chuyển
động, biểu thị cho số bậc tự do của chúng. Robot công nghiệp được trang bị
những bàn tay máy hoặc các cơ cấu chấp hành, giải quyết những nhiệm vụ xác
định trong các quá trình công nghệ, hoặc trực tiếp tham gia thực hiện các nguyên
công (sơn, hàn, phun phủ, rót kim loại vào khuôn đúc,lắp ráp máy…) hoặc phục
vụ các quá trình công nghệ (tháo lắp chi tiết gia công, dao cụ, đồ gá…) với
những thao tác cầm nắm, vận chuyển và trao đổi các đối tượng với các trạm công
nghệ, trong một hệ thống máy linh hoạt, được gọi là “Hệ thống tự động linh hoạt
robot hóa” cho phép thích ứng nhanh và thao tác đơn giản khi nhiệm vụ sản xuất
thay đổi.
GVHD: Th.S Vuõ Thaêng Long
- Trang
15 -
Hình 1.2: Biểu diễn không gian của cánh tay máy.
1.2.2. Các thông số cơ bản của cánh tay robot
1.2.2.1. Bậc tự do của robot (DOF : Degrees Of Freedom)
Bậc tự do là số khả năng chuyển động của một cơ cấu (chuyển động quay hoặc
tịnh tiến).Để dịch chuyển được một vật thể trong không gian, cơ cấu chấp hành
của robot phải đạt được một số bậc tự do. Nói chung cơ hệ của robot là một cơ
cấu hở, do đó bậc tự do (w) của nó có thể tính theo công thức:
w
= 6 n −
6
∑
ip
i
i = 1
Trong đó : n – số khâu động; pi – số khớp loại i (i=1, 2, …, 6 : Số bậc tự do bị
hạn chế).
Đối với các cơ cấu có các khâu được nối với nhau bằng khớp quay hoặc tịnh
tiến (khớp động loại 5) thì số bậc tự do bằng với số khâu động. Đối với cơ cấu
hở, số bậc tự do bằng tổng số bậc tự do của các khớp động.
GVHD: Th.S Vuõ Thaêng Long
- Trang
16 -
Để định vị và định hướng khâu chấp hành cuối một cách tùy ý trong không
gian 3 chiều robot cần 6 bậc tự do, trong đó 3 bậc tự do để định vị và 3 bậc tự do
để định hướng. Một số công việc đơn giản như: nâng, hạ, sắp xếp… có thể yêu
cầu số bậc tự do ít hơn. Các robot hàn, sơn… thường yêu cầu 6 bậc tự do. Trong
một số trường hợp cần sự khéo léo, linh hoạt hoặc khi cần phải tối ưu hóa quỹ
đạo,… người ta dùng robot với số bậc tự do lớn hơn 6.
Hình 1.3: Robot PUMA 6 bậc tự do.
Ví dụ về xác định bậc tự do của mô hình cánh tay robot sau:
Hình 1.4: Bậc tự do của robot.
GVHD: Th.S Vuõ Thaêng Long
- Trang
17 -
Xác định được số khớp loại 5 là 5 (4 khớp quay và một khớp tịnh tiến ), do đó
n=5 và P5 =5 nên số bậc tự do của robot này: W= 6.5 – 5.5 = 5 bậc.
1.2.2.2. Hệ tọa độ(Coordinate frames)
Mỗi robot thường bao gồm nhiều khâu (links) liên kết với nhau qua các biến
khớp (joints) tạo thành một xích động học xuất phát từ một khâu cơ bản (base)
đứng yên. Hệ tọa độ gắn với khâu cơ bản gọi là hệ tọa độ cơ bản (hay hệ tọa độ
chuẩn).
Hình 1.5: Các tọa độ suy rộng của robot.
Các hệ tọa độ trung gian gắn với các khâu động gọi là hệ tọa độ suy rộng.
Trong từng thời điểm hoạt động, các tọa độ suy rộng xác định cấu hình của robot
bằng các chuyển dịch dài hoặc các chuyển dịch góc của các khớp tịnh tiến hoặc
khớp quay(hình 1.6 ). Các tọa độ suy rộng còn được gọi là các biến khớp.
Trong robot ta thường dùng chữ O và chỉ số n để chỉ hệ toạ độ gắn trên khâu
thứ n. Như vậy hệ toạ độ cơ bản (Hệ tọa độ gắn với khâu cố định) sẽ được ký
hiệu là O0; hệ toạ độ gắn trên các khâu trung gian tương ứng sẽ là O1, O2,...,
On-1, Hệ toạ độ gắn trên khâu chấp hành cuối ký hiệu là On.
Các hệ tọa độ gắn trên các khâu của robot phải tuân theo quy tắc bàn tay phải:
Dùng tay phải, nắm hai ngón tay út và áp vào lòng bàn tay, xòe 3 ngón: cái, trỏ
và giữa theo 3 phương vuông góc nhau, nếu chọn ngón cái là phương và chiều
của trục z, thì ngón trỏ chỉ phương,chiều của trục x và ngón giữa sẽ biểu thị
phương chiều của trục y (hình 1.6 ).
GVHD: Th.S Vuõ Thaêng Long
- Trang
18 -
Hình 1.6: Quy tắc bàn tay phải.
1.2.2.3. Trường công tác của robot(Workspace or Range of motion)
Trường công tác (hay vùng làm việc, không gian công tác) của robot là toàn bộ
thể tích được quét bởi khâu chấp hành cuối khi robot thực hiện tất cả các chuyển
động có thể. Trườngcông tác thường bị ràng buộc bởi các thông số hình học của
robot cũng như các ràng buộc cơ học của các khớp.
Người ta thường dùng hai hình chiếu để mô tả trường công tác của một robot
(hình 1.7).
GVHD: Th.S Vuõ Thaêng Long
- Trang
19 -
Hình 1.7: Biểu diễn trường công tác của robot.
1.2.2.4. Tải trọng
Là trọng lượng robot có thể mang và giữ trong khi vẫn đảm bảo một số đặc tính
nào đó. Tải trọng lớn nhất lớn hơn tải trọng định mức nhiều, nhưng robot không
thể mang tải trọng lớn hơn định mức, vì khi đó robot không đảm bảo được độ
chính xác di chuyển.
Ví dụ, robot LR Mate 200iB (hình 1.8) của hãng Fanuc có trọng lượng 45kg chỉ
mang trọng lượng 5kg.
Hình 1.8: Robot LR Mate 200iB.
GVHD: Th.S Vuõ Thaêng Long
- Trang
20 -
1.2.2.5. Tầm với
Là khoảng cách lớn nhất robot có thể vươn tới trong phạm vi làm việc. Tầm
với là một hàm phụ thuộc vào cấu trúc của robot.
1.2.2.6. Độ phân giải không gian
Là lượng gia tăng nhỏ nhất robot có thể thực hiện khi di chuyển trong không
gian. Độ phân giải phụ thuộc vào độ phân giải điều khiển và độ chính xác cơ khí.
Độ phân giải điều khiển xác định bởi độ phân giải hệ thống điều khiển vị trí và
hệ thống phản hồi: là tỷ số của phạm vi di chuyển và số bước di chuyển của khớp
được địa chỉ hóa trong bộ điều khiển của robot.
Độ di chuyển của robot là tổng các dịch chuyển thành phần. Do đó độ phân giải
của cả robot là tổng các độ phân giải của từng khớp robot.
Độ chính xác cơ khí trong cơ cấu truyền động các khớp và khâu phản hồi của
hệ thống điều khiển servo sẽ ảnh hưởng đến độ phân giải. Các yếu tố làm giảm
độ chính xác cơ khí như khe hở trong hộp truyền, rò rỉ của hệ thống thủy lực, tải
trọng trên tay robot, tốc độ di chuyển, điều kiện bảo dưỡng robot….
1.2.2.7. Độ chính xác
Đánh giá độ chính xác vị trí tay robot có thể đạt được. Độ chính xác được định
nghĩa theo độ phân giải của cơ cấu chấp hành. Độ chính xác di chuyển đến vị trí
mong muốn sẽ phụ thuộc vào độ dịch chuyển nhỏ nhất của khớp.
1.2.2.8. Độ lặp lại
Đánh giá độ chính xác khi robot di chuyển để với tới một điểm trong nhiều lần
hoạt động (ví dụ 100 lần). Do một số yếu tố mà robot không thể với tới cùng một
điểm trong nhiều lần hoạt động, mà các điểm với của robot nằm trong một vòng
tròn với tâm là điểm đích mong muốn. Bán kính của đường tròn đó là độ lặp lại.
Độ lặp lại là đại lượng có ý nghĩa quan trọng hơn độ chính xác. Độ chính xác
được đánh giá bằng sai số cố định; sai số cố định có thể phán đoán được và có
thể hiệu chỉnh bằng chương trình. Nhưng sai số ngẫu nhiên sẽ khó có thể khử
được.
1.2.2.9. Độ nhún
Biểu thị sự dịch chuyển của điểm cuối cổ tay robot đáp ứng lại lực hoặc
mômen tác dụng.
1.3. Phân loại robot
Robot công nghiệp rất đa dạng và phong phú, có thể phân loại theo các cách
sau:
1.3.1. Robot công nghiệp
1. Robot nối tiếp (Series robot):
GVHD: Th.S Vuõ Thaêng Long
- Xem thêm -