Robot C«ng nghiÖp 1
Ch−¬ng I
Giíi thiÖu chung vÒ robot c«ng nghiÖp
1.1. S¬ l−ît qu¸ tr×nh ph¸t triÓn cña robot c«ng nghiÖp (IR : Industrial Robot) :
ThuËt ng÷ “Robot” xuÊt ph¸t tõ tiÕng Sec (Czech) “Robota” cã nghÜa lµ c«ng viÖc t¹p
dÞch trong vë kÞch Rossum’s Universal Robots cña Karel Capek, vµo n¨m 1921. Trong vë kÞch
nÇy, Rossum vµ con trai cña «ng ta ®· chÕ t¹o ra nh÷ng chiÕc m¸y gÇn gièng víi con ng−êi ®Ó
phôc vô con ng−êi. Cã lÏ ®ã lµ mét gîi ý ban ®Çu cho c¸c nhµ s¸ng chÕ kü thuËt vÒ nh÷ng c¬
cÊu, m¸y mãc b¾t ch−íc c¸c ho¹t ®éng c¬ b¾p cña con ng−êi.
§Çu thËp kû 60, c«ng ty Mü AMF (American Machine and Foundry Company) qu¶ng
c¸o mét lo¹i m¸y tù ®éng v¹n n¨ng vµ gäi lµ “Ng−êi m¸y c«ng nghiÖp” (Industrial Robot).
Ngµy nay ng−êi ta ®Æt tªn ng−êi m¸y c«ng nghiÖp (hay robot c«ng nghiÖp) cho nh÷ng lo¹i thiÕt
bÞ cã d¸ng dÊp vµ mét vµi chøc n¨ng nh− tay ng−êi ®−îc ®iÒu khiÓn tù ®éng ®Ó thùc hiÖn mét sè
thao t¸c s¶n xuÊt.
VÒ mÆt kü thuËt, nh÷ng robot c«ng nghiÖp ngµy nay, cã nguån gèc tõ hai lÜnh vùc kü
thuËt ra ®êi sím h¬n ®ã lµ c¸c c¬ cÊu ®iÒu khiÓn tõ xa (Teleoperators) vµ c¸c m¸y c«ng cô ®iÒu
khiÓn sè (NC - Numerically Controlled machine tool).
C¸c c¬ cÊu ®iÒu khiÓn tõ xa (hay c¸c thiÕt bÞ kiÓu chñ-tí) ®· ph¸t triÓn m¹nh trong chiÕn
tranh thÕ giíi lÇn thø hai nh»m nghiªn cøu c¸c vËt liÖu phãng x¹. Ng−êi thao t¸c ®−îc t¸ch biÖt
khái khu vùc phãng x¹ bëi mét bøc t−êng cã mét hoÆc vµi cöa quan s¸t ®Ó cã thÓ nh×n thÊy
®−îc c«ng viÖc bªn trong. C¸c c¬ cÊu ®iÒu khiÓn tõ xa thay thÕ cho c¸nh tay cña ng−êi thao t¸c;
nã gåm cã mét bé kÑp ë bªn trong (tí) vµ hai tay cÇm ë bªn ngoµi (chñ). C¶ hai, tay cÇm vµ bé
kÑp, ®−îc nèi víi nhau b»ng mét c¬ cÊu s¸u bËc tù do ®Ó t¹o ra c¸c vÞ trÝ vµ h−íng tuú ý cña tay
cÇm vµ bé kÑp. C¬ cÊu dïng ®Ó ®iÒu khiÓn bé kÑp theo chuyÓn ®éng cña tay cÇm.
Vµo kho¶ng n¨m 1949, c¸c m¸y c«ng cô ®iÒu khiÓn sè ra ®êi, nh»m ®¸p øng yªu cÇu
gia c«ng c¸c chi tiÕt trong ngµnh chÕ t¹o m¸y bay. Nh÷ng robot ®Çu tiªn thùc chÊt lµ sù nèi kÕt
gi÷a c¸c kh©u c¬ khÝ cña c¬ cÊu ®iÒu khiÓn tõ xa víi kh¶ n¨ng lËp tr×nh cña m¸y c«ng cô ®iÒu
khiÓn sè.
D−íi ®©y chóng ta sÏ ®iÓm qua mét sè thêi ®iÓm lÞch sö ph¸t triÓn cña ng−êi m¸y c«ng
nghiÖp. Mét trong nh÷ng robot c«ng nghiÖp ®Çu tiªn ®−îc chÕ t¹o lµ robot Versatran cña c«ng
ty AMF, Mü. Còng vµo kho¶ng thêi gian nÇy ë Mü xuÊt hiÖn lo¹i robot Unimate -1900 ®−îc
dïng ®Çu tiªn trong kü nghÖ «t«.
TiÕp theo Mü, c¸c n−íc kh¸c b¾t ®Çu s¶n xuÊt robot c«ng nghiÖp : Anh -1967, Thuþ
§iÓn vµ NhËt -1968 theo b¶n quyÒn cña Mü; CHLB §øc -1971; Ph¸p - 1972; ë ý - 1973. . .
TÝnh n¨ng lµm viÖc cña robot ngµy cµng ®−îc n©ng cao, nhÊt lµ kh¶ n¨ng nhËn biÕt vµ
xö lý. N¨m 1967 ë tr−êng §¹i häc tæng hîp Stanford (Mü) ®· chÕ t¹o ra mÉu robot ho¹t ®éng
theo m« h×nh “m¾t-tay”, cã kh¶ n¨ng nhËn biÕt vµ ®Þnh h−íng bµn kÑp theo vÞ trÝ vËt kÑp nhê
c¸c c¶m biÕn. N¨m 1974 C«ng ty Mü Cincinnati ®−a ra lo¹i robot ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng m¸y vi
tÝnh, gäi lµ robot T3 (The Tomorrow Tool : C«ng cô cña t−¬ng lai). Robot nÇy cã thÓ n©ng ®−îc
vËt cã khèi l−îng ®Õn 40 KG.
Cã thÓ nãi, Robot lµ sù tæ hîp kh¶ n¨ng ho¹t ®éng linh ho¹t cña c¸c c¬ cÊu ®iÒu khiÓn tõ
xa víi møc ®é “tri thøc” ngµy cµng phong phó cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh sè
còng nh− kü thuËt chÕ t¹o c¸c bé c¶m biÕn, c«ng nghÖ lËp tr×nh vµ c¸c ph¸t triÓn cña trÝ kh«n
nh©n t¹o, hÖ chuyªn gia ...
Trong nh÷ng n¨m sau nÇy, viÖc n©ng cao tÝnh n¨ng ho¹t ®éng cña robot kh«ng ngõng
ph¸t triÓn. C¸c robot ®−îc trang bÞ thªm c¸c lo¹i c¶m biÕn kh¸c nhau ®Ó nhËn biÕt m«i tr−êng
TS. Ph¹m §¨ng Ph−íc
Robot C«ng nghiÖp 2
chung quanh, cïng víi nh÷ng thµnh tùu to lín trong lÜnh vùc Tin häc - §iÖn tö ®· t¹o ra c¸c
thÕ hÖ robot víi nhiÒu tÝnh n¨ng ®¨c biÖt, Sè l−îng robot ngµy cµng gia t¨ng, gi¸ thµnh ngµy
cµng gi¶m. Nhê vËy, robot c«ng nghiÖp ®· cã vÞ trÝ quan träng trong c¸c d©y chuyÒn s¶n xuÊt
hiÖn ®¹i.
Mét vµi sè liÖu vÒ sè l−îng robot ®−îc s¶n xuÊt ë mét vµi n−íc c«ng nghiÖp ph¸t triÓn
nh− sau :
(B¶ng I.1)
N−íc SX N¨m 1990 N¨m 1994 N¨m 1998
(Dù tÝnh)
NhËt 60.118 29.756 67.000
Mü 4.327 7.634 11.100
§øc 5.845 5.125 8.600
ý 2.500 2.408 4.000
Ph¸p 1.488 1.197 2.000
Anh 510 1.086 1.500
Hµn quèc 1.000 1.200
Mü lµ n−íc ®Çu tiªn ph¸t minh ra robot, nh−ng n−íc ph¸t triÓn cao nhÊt trong lÜnh vùc
nghiªn cøu chÕ t¹o vµ sö dông robot l¹i lµ NhËt.
1.2. øng dông robot c«ng nghiÖp trong s¶n xuÊt :
Tõ khi míi ra ®êi robot c«ng nghiÖp ®−îc ¸p dông trong nhiÒu lÜnh vùc d−íi gãc ®é
thay thÕ søc ng−êi. Nhê vËy c¸c d©y chuyÒn s¶n xuÊt ®−îc tæ chøc l¹i, n¨ng suÊt vµ hiÖu qu¶
s¶n xuÊt t¨ng lªn râ rÖt.
Môc tiªu øng dông robot c«ng nghiÖp nh»m gãp phÇn n©ng cao n¨ng suÊt d©y chuyÒn
c«ng nghÖ, gi¶m gi¸ thµnh, n©ng cao chÊt l−îng vµ kh¶ n¨ng c¹nh tranh cña s¶n phÈm ®ång
thêi c¶i thiÖn ®iÒu kiÖn lao ®éng. §¹t ®−îc c¸c môc tiªu trªn lµ nhê vµo nh÷ng kh¶ n¨ng to lín
cña robot nh− : lµm viÖc kh«ng biÕt mÖt mái, rÊt dÔ dµng chuyÓn nghÒ mét c¸ch thµnh th¹o,
chÞu ®−îc phãng x¹ vµ c¸c m«i tr−êng lµm viÖc ®éc h¹i, nhiÖt ®é cao, “c¶m thÊy” ®−îc c¶ tõ
tr−êng vµ “nghe” ®−îc c¶ siªu ©m ... Robot ®−îc dïng thay thÕ con ng−êi trong c¸c tr−êng hîp
trªn hoÆc thùc hiÖn c¸c c«ng viÖc tuy kh«ng nÆng nhäc nh−ng ®¬n ®iÖu, dÔ g©y mÖt mâi, nhÇm
lÉn.
Trong ngµnh c¬ khÝ, robot ®−îc sö dông nhiÒu trong c«ng nghÖ ®óc, c«ng nghÖ hµn, c¾t
kim lo¹i, s¬n, phun phñ kim lo¹i, th¸o l¾p vËn chuyÓn ph«i, l¾p r¸p s¶n phÈm . . .
Ngµy nay ®· xuÊt hiÖn nhiÒu d©y chuyÒn s¶n xuÊt tù ®éng gåm c¸c m¸y CNC víi
Robot c«ng nghiÖp, c¸c d©y chuyÒn ®ã ®¹t møc tù ®éng ho¸ cao, møc ®é linh ho¹t cao . . . ë
®©y c¸c m¸y vµ robot ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng cïng mét hÖ thèng ch−¬ng tr×nh.
Ngoµi c¸c ph©n x−ëng, nhµ m¸y, kü thuËt robot còng ®−îc sö dông trong viÖc khai th¸c
thÒm lôc ®Þa vµ ®¹i d−¬ng, trong y häc, sö dông trong quèc phßng, trong chinh phôc vò trô,
trong c«ng nghiÖp nguyªn tö, trong c¸c lÜnh vùc x· héi . . .
Râ rµng lµ kh¶ n¨ng lµm viÖc cña robot trong mét sè ®iÒu kiÖn v−ît h¬n kh¶ n¨ng cña
con ng−êi; do ®ã nã lµ ph−¬ng tiÖn h÷u hiÖu ®Ó tù ®éng ho¸, n©ng cao n¨ng suÊt lao ®éng,
gi¶m nhÑ cho con ng−êi nh÷ng c«ng viÖc nÆng nhäc vµ ®éc h¹i. Nh−îc ®iÓm lín nhÊt cña
robot lµ ch−a linh ho¹t nh− con ng−êi, trong d©y chuyÒn tù ®éng, nÕu cã mét robot bÞ háng cã
thÓ lµm ngõng ho¹t ®éng cña c¶ d©y chuyÒn, cho nªn robot vÉn lu«n ho¹t ®éng d−íi sù gi¸m
s¸t cña con ng−êi.
TS. Ph¹m §¨ng Ph−íc
Robot C«ng nghiÖp 3
1.3. C¸c kh¸i niÖm vµ ®Þnh nghÜa vÒ robot c«ng nghiÖp :
1.3.1. §Þnh nghÜa robot c«ng nghiÖp :
HiÖn nay cã nhiÒu ®Þnh nghÜa vÒ Robot, cã thÓ ®iÓm qua mét sè ®Þnh nghÜa nh− sau :
§Þnh nghÜa theo tiªu chuÈn AFNOR (Ph¸p) :
Robot c«ng nghiÖp lµ mét c¬ cÊu chuyÓn ®éng tù ®éng cã thÓ lËp tr×nh, lÆp l¹i c¸c
ch−¬ng tr×nh, tæng hîp c¸c ch−¬ng tr×nh ®Æt ra trªn c¸c trôc to¹ ®é; cã kh¶ n¨ng ®Þnh vÞ, ®Þnh
h−íng, di chuyÓn c¸c ®èi t−îng vËt chÊt : chi tiÕt, dao cô, g¸ l¾p . . . theo nh÷ng hµnh tr×nh
thay ®æi ®· ch−¬ng tr×nh ho¸ nh»m thùc hiÖn c¸c nhiÖm vô c«ng nghÖ kh¸c nhau.
§Þnh nghÜa theo RIA (Robot institute of America) :
Robot lµ mét tay m¸y v¹n n¨ng cã thÓ lÆp l¹i c¸c ch−¬ng tr×nh ®−îc thiÕt kÕ ®Ó di
chuyÓn vËt liÖu, chi tiÕt, dông cô hoÆc c¸c thiÕt bÞ chuyªn dïng th«ng qua c¸c ch−¬ng tr×nh
chuyÓn ®éng cã thÓ thay ®æi ®Ó hoµn thµnh c¸c nhiÖm vô kh¸c nhau.
§Þnh nghÜa theo ΓOCT 25686-85 (Nga) :
Robot c«ng nghiÖp lµ mét m¸y tù ®éng, ®−îc ®Æt cè ®Þnh hoÆc di ®éng ®−îc, liªn kÕt
gi÷a mét tay m¸y vµ mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh, cã thÓ lËp tr×nh l¹i ®Ó hoµn
thµnh c¸c chøc n¨ng vËn ®éng vµ ®iÒu khiÓn trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt.
Cã thÓ nãi Robot c«ng nghiÖp lµ mét m¸y tù ®éng linh ho¹t thay thÕ tõng phÇn hoÆc
toµn bé c¸c ho¹t ®éng c¬ b¾p vµ ho¹t ®éng trÝ tuÖ cña con ng−êi trong nhiÒu kh¶ n¨ng thÝch
nghi kh¸c nhau.
Robot c«ng nghiÖp cã kh¶ n¨ng ch−¬ng tr×nh ho¸ linh ho¹t trªn nhiÒu trôc chuyÓn
®éng, biÓu thÞ cho sè bËc tù do cña chóng. Robot c«ng nghiÖp ®−îc trang bÞ nh÷ng bµn tay
m¸y hoÆc c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh, gi¶i quyÕt nh÷ng nhiÖm vô x¸c ®Þnh trong c¸c qu¸ tr×nh c«ng
nghÖ : hoÆc trùc tiÕp tham gia thùc hiÖn c¸c nguyªn c«ng (s¬n, hµn, phun phñ, rãt kim lo¹i
vµo khu«n ®óc, l¾p r¸p m¸y . . .) hoÆc phôc vô c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ (th¸o l¾p chi tiÕt gia
c«ng, dao cô, ®å g¸ . . .) víi nh÷ng thao t¸c cÇm n¾m, vËn chuyÓn vµ trao ®æi c¸c ®èi t−îng
víi c¸c tr¹m c«ng nghÖ, trong mét hÖ thèng m¸y tù ®éng linh ho¹t, ®−îc gäi lµ “HÖ thèng tù
®éng linh ho¹t robot ho¸” cho phÐp thÝch øng nhanh vµ thao t¸c ®¬n gi¶n khi nhiÖm vô s¶n
xuÊt thay ®æi.
1.3.2. BËc tù do cña robot (DOF : Degrees Of Freedom) :
BËc tù do lµ sè kh¶ n¨ng chuyÓn ®éng cña mét c¬ cÊu (chuyÓn ®éng quay hoÆc tÞnh
tiÕn). §Ó dÞch chuyÓn ®−îc mét vËt thÓ trong kh«ng gian, c¬ cÊu chÊp hµnh cña robot ph¶i ®¹t
®−îc mét sè bËc tù do. Nãi chung c¬ hÖ cña robot lµ mét c¬ cÊu hë, do ®ã bËc tù do cña nã cã
thÓ tÝnh theo c«ng thøc :
5
w = 6n - ∑ ip
i =1
i (1.1)
ë ®©y : n - Sè kh©u ®éng;
pi - Sè khíp lo¹i i (i = 1,2,. . .,5 : Sè bËc tù do bÞ h¹n chÕ).
§èi víi c¸c c¬ cÊu cã c¸c kh©u ®−îc nèi víi nhau b»ng khíp quay hoÆc tÞnh tiÕn (khíp
®éng lo¹i 5) th× sè bËc tù do b»ng víi sè kh©u ®éng . §èi víi c¬ cÊu hë, sè bËc tù do b»ng tæng
sè bËc tù do cña c¸c khíp ®éng.
§Ó ®Þnh vÞ vµ ®Þnh h−íng kh©u chÊp hµnh cuèi mét c¸ch tuú ý trong kh«ng gian 3
chiÒu robot cÇn cã 6 bËc tù do, trong ®ã 3 bËc tù do ®Ó ®Þnh vÞ vµ 3 bËc tù do ®Ó ®Þnh h−íng.
Mét sè c«ng viÖc ®¬n gi¶n n©ng h¹, s¾p xÕp... cã thÓ yªu cÇu sè bËc tù do Ýt h¬n. C¸c robot
hµn, s¬n... th−êng yªu cÇu 6 bËc tù do. Trong mét sè tr−êng hîp cÇn sù khÐo lÐo, linh ho¹t
hoÆc khi cÇn ph¶i tèi −u ho¸ quü ®¹o,... ng−êi ta dïng robot víi sè bËc tù do lín h¬n 6.
1.3.3. HÖ to¹ ®é (Coordinate frames) :
Mçi robot th−êng bao gåm nhiÒu kh©u (links) liªn kÕt víi nhau qua c¸c khíp (joints),
t¹o thµnh mét xÝch ®éng häc xuÊt ph¸t tõ mét kh©u c¬ b¶n (base) ®øng yªn. HÖ to¹ ®é g¾n víi
TS. Ph¹m §¨ng Ph−íc
Robot C«ng nghiÖp 4
kh©u c¬ b¶n gäi lµ hÖ to¹ ®é c¬ b¶n (hay hÖ to¹ ®é chuÈn). C¸c hÖ to¹ ®é trung gian kh¸c g¾n
víi c¸c kh©u ®éng gäi lµ hÖ to¹ ®é suy réng. Trong tõng thêi ®iÓm ho¹t ®éng, c¸c to¹ ®é suy
réng x¸c ®Þnh cÊu h×nh cña robot b»ng c¸c chuyÓn dÞch dµi hoÆc c¸c chuyÓn dÞch gãc cu¶ c¸c
khíp tÞnh tiÕn hoÆc khíp quay (h×nh 1.1). C¸c to¹ ®é suy réng cßn ®−îc gäi lµ biÕn khíp.
z
θ4
n
θ3 θ5 a
d2 o On
θ1
y
O0
x
H×nh 1.1 : C¸c to¹ ®é suy réng cña robot.
C¸c hÖ to¹ ®é g¾n trªn c¸c kh©u cña robot ph¶i z
tu©n theo qui t¾c bµn tay ph¶i : Dïng tay ph¶i, n¾m hai
ngãn tay ót vµ ¸p ót vµo lßng bµn tay, xoÌ 3 ngãn : c¸i,
trá vµ gi÷a theo 3 ph−¬ng vu«ng gãc nhau, nÕu chän
ngãn c¸i lµ ph−¬ng vµ chiÒu cña trôc z, th× ngãn trá chØ x
O
ph−¬ng, chiÒu cña trôc x vµ ngãn gi÷a sÏ biÓu thÞ
ph−¬ng, chiÒu cña trôc y (h×nh 1.2).
Trong robot ta th−êng dïng ch÷ O vµ chØ sè n y
®Ó chØ hÖ to¹ ®é g¾n trªn kh©u thø n. Nh− vËy hÖ to¹ ®é
c¬ b¶n (HÖ to¹ ®é g¾n víi kh©u cè ®Þnh) sÏ ®−îc ký
hiÖu lµ O0; hÖ to¹ ®é g¾n trªn c¸c kh©u trung gian H×nh 1.2 : Qui t¾c bµn tay ph¶i
t−¬ng øng sÏ lµ O1, O2,..., On-1, HÖ to¹ ®é g¾n trªn kh©u
chÊp hµnh cuèi ký hiÖu lµ On.
1.3.4. Tr−êng c«ng t¸c cña robot (Workspace or Range of motion):
Tr−êng c«ng t¸c (hay vïng lµm viÖc, kh«ng gian c«ng t¸c) cña robot lµ toµn bé thÓ tÝch
®−îc quÐt bëi kh©u chÊp hµnh cuèi khi robot thùc hiÖn tÊt c¶ c¸c chuyÓn ®éng cã thÓ. Tr−êng
c«ng t¸c bÞ rµng buéc bëi c¸c th«ng sè h×nh häc cña robot còng nh− c¸c rµng buéc c¬ häc cña
c¸c khíp; vÝ dô, mét khíp quay cã chuyÓn ®éng nhá h¬n mét gãc 3600. Ng−êi ta th−êng dïng
hai h×nh chiÕu ®Ó m« t¶ tr−êng c«ng t¸c cña mét robot (h×nh 1.3).
β
H
R
H×nh chiÕu ®øng H×nh chiÕu b»ng
H×nh 1.3 : BiÓu diÔn tr−êng c«ng t¸c cña robot.
TS. Ph¹m §¨ng Ph−íc
Robot C«ng nghiÖp 5
1.4. CÊu tróc c¬ b¶n cña robot c«ng nghiÖp :
1.4.1. C¸c thµnh phÇn chÝnh cña robot c«ng nghiÖp :
Mét robot c«ng nghiÖp th−êng bao gåm c¸c thµnh phÇn chÝnh nh− : c¸nh tay robot,
nguån ®éng lùc, dông cô g¾n lªn kh©u chÊp hµnh cuèi, c¸c c¶m biÕn, bé ®iÒu khiÓn , thiÕt bÞ
d¹y häc, m¸y tÝnh ... c¸c phÇn mÒm lËp tr×nh còng nªn ®−îc coi lµ mét thµnh phÇn cña hÖ
thèng robot. Mèi quan hÖ gi÷a c¸c thµnh phÇn trong robot nh− h×nh 1.4.
C¸c c¶m
biÕn
Bé ®iÒu
ThiÕt bÞ khiÓn vµ Nguån C¸nh tay
d¹y häc m¸y tÝnh ®éng lùc robot
C¸c ch−¬ng Dông cô
tr×nh thao t¸c
H×nh 1.4 : C¸c thµnh phÇn chÝnh cña hÖ thèng robot.
C¸nh tay robot (tay m¸y) lµ kÕt cÊu c¬ khÝ gåm c¸c kh©u liªn kÕt víi nhau b»ng c¸c
khíp ®éng ®Ó cã thÓ t¹o nªn nh÷ng chuyÓn ®éng c¬ b¶n cña robot.
Nguån ®éng lùc lµ c¸c ®éng c¬ ®iÖn (mét chiÒu hoÆc ®éng c¬ b−íc), c¸c hÖ thèng xy
lanh khÝ nÐn, thuû lùc ®Ó t¹o ®éng lùc cho tay m¸y ho¹t ®éng.
Dông cô thao t¸c ®−îc g¾n trªn kh©u cuèi cña robot, dông cô cña robot cã thÓ cã nhiÒu
kiÓu kh¸c nhau nh− : d¹ng bµn tay ®Ó n¾m b¾t ®èi t−îng hoÆc c¸c c«ng cô lµm viÖc nh− má
hµn, ®¸ mµi, ®Çu phun s¬n ...
ThiÕt bÞ d¹y-hoc (Teach-Pendant) dïng ®Ó d¹y cho robot c¸c thao t¸c cÇn thiÕt theo
yªu cÇu cña qu¸ tr×nh lµm viÖc, sau ®ã robot tù lÆp l¹i c¸c ®éng t¸c ®· ®−îc d¹y ®Ó lµm viÖc
(ph−¬ng ph¸p lËp tr×nh kiÓu d¹y häc).
C¸c phÇn mÒm ®Ó lËp tr×nh vµ c¸c ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn robot ®−îc cµi ®Æt trªn m¸y
tÝnh, dïng ®iÒu khiÓn robot th«ng qua bé ®iÒu khiÓn (Controller). Bé ®iÒu khiÓn cßn ®−îc gäi
lµ Mo®un ®iÒu khiÓn (hay Unit, Driver), nã th−êng ®−îc kÕt nèi víi m¸y tÝnh. Mét mo®un
®iÒu khiÓn cã thÓ cßn cã c¸c cæng Vµo - Ra (I/O port) ®Ó lµm viÖc víi nhiÒu thiÕt bÞ kh¸c nhau
nh− c¸c c¶m biÕn gióp robot nhËn biÕt tr¹ng th¸i cña b¶n th©n, x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña ®èi t−îng
lµm viÖc hoÆc c¸c dß t×m kh¸c; ®iÒu khiÓn c¸c b¨ng t¶i hoÆc c¬ cÊu cÊp ph«i ho¹t ®éng phèi
hîp víi robot ...
1.4.2. KÕt cÊu cña tay m¸y :
Nh− ®· nãi trªn, tay m¸y lµ thµnh phÇn quan träng, nã quyÕt ®Þnh kh¶ n¨ng lµm viÖc
cña robot. C¸c kÕt cÊu cña nhiÒu tay m¸y ®−îc pháng theo cÊu t¹o vµ chøc n¨ng cña tay
ng−êi; tuy nhiªn ngµy nay, tay m¸y ®−îc thiÕt kÕ rÊt ®a d¹ng, nhiÒu c¸nh tay robot cã h×nh
d¸ng rÊt kh¸c xa c¸nh tay ng−êi. Trong thiÕt kÕ vµ sö dông tay m¸y, chóng ta cÇn quan t©m
®Õn c¸c th«ng sè h×nh - ®éng häc, lµ nh÷ng th«ng sè liªn quan ®Õn kh¶ n¨ng lµm viÖc cña
robot nh− : tÇm víi (hay tr−êng c«ng t¸c), sè bËc tù do (thÓ hiÖn sù khÐo lÐo linh ho¹t cña
robot), ®é cøng v÷ng, t¶i träng vËt n©ng, lùc kÑp . . .
TS. Ph¹m §¨ng Ph−íc
Robot C«ng nghiÖp 6
C¸c kh©u cña robot th−êng thùc hiÖn hai chuyÓn ®éng c¬ b¶n :
• ChuyÓn ®éng tÞnh tiÕn theo h−íng x,y,z trong kh«ng gian Descarde, th«ng th−êng
t¹o nªn c¸c h×nh khèi, c¸c chuyÓn ®éng nÇy th−êng ký hiÖu lµ T (Translation) hoÆc
P (Prismatic).
• ChuyÓn ®éng quay quanh c¸c trôc x,y,z ký hiÖu lµ R (Roatation).
Tuú thuéc vµo sè kh©u vµ sù tæ hîp c¸c chuyÓn ®éng (R vµ T) mµ tay m¸y cã c¸c kÕt
cÊu kh¸c nhau víi vïng lµm viÖc kh¸c nhau. C¸c kÕt cÊu th−êng gÆp cña lµ Robot lµ robot
kiÓu to¹ ®é §Ò c¸c, to¹ ®é trô, to¹ ®é cÇu, robot kiÓu SCARA, hÖ to¹ ®é gãc (pháng sinh) ...
Robot kiÓu to¹ ®é §Ò c¸c : lµ tay
m¸y cã 3 chuyÓn ®éng c¬ b¶n tÞnh tiÕn T.T.T
theo ph−¬ng cña c¸c trôc hÖ to¹ ®é gèc
(cÊu h×nh T.T.T). Tr−êng c«ng t¸c cã d¹ng
khèi ch÷ nhËt. Do kÕt cÊu ®¬n gi¶n, lo¹i
tay m¸y nÇy cã ®é cøng v÷ng cao, ®é
chÝnh x¸c c¬ khÝ dÔ ®¶m b¶o v× vËy nã
thuêng dïng ®Ó vËn chuyÓn ph«i liÖu, l¾p
r¸p, hµn trong mÆt ph¼ng ...
H×nh 1.5 : Robot kiÓu to¹ ®é §Ò c¸c
R.T.T
Robot kiÓu to¹ ®é trô : Vïng lµm
viÖc cña robot cã d¹ng h×nh trô rçng.
Th−êng khíp thø nhÊt chuyÓn ®éng quay.
VÝ dô robot 3 bËc tù do, cÊu h×nh R.T.T
nh− h×nh vÏ 1.6. Cã nhiÒu robot kiÓu to¹
®é trô nh− : robot Versatran cña h·ng
AMF (Hoa Kú).
H×nh 1.6 : Robot kiÓu to¹ ®é trô
Robot kiÓu to¹ ®é cÇu : Vïng lµm viÖc cña robot cã d¹ng h×nh cÇu. th−êng ®é cøng
v÷ng cña lo¹i robot nÇy thÊp h¬n so víi hai lo¹i trªn. VÝ dô robot 3 bËc tù do, cÊu h×nh R.R.R
hoÆc R.R.T lµm viÖc theo kiÓu to¹ ®é cÇu (h×nh 1.7).
R.R.R R.R.T
H×nh 1.7 : Robot kiÓu to¹ ®é cÇu
Robot kiÓu to¹ ®é gãc (HÖ to¹ ®é pháng sinh) : §©y lµ kiÓu robot ®−îc dïng nhiÒu
h¬n c¶. Ba chuyÓn ®éng ®Çu tiªn lµ c¸c chuyÓn ®éng quay, trôc quay thø nhÊt vu«ng gãc víi
hai trôc kia. C¸c chuyÓn ®éng ®Þnh h−íng kh¸c còng lµ c¸c chuyÓn ®éng quay. Vïng lµm viÖc
cña tay m¸y nÇy gÇn gièng mét phÇn khèi cÇu. TÊt c¶ c¸c kh©u ®Òu n»m trong mÆt ph¼ng
th¼ng ®øng nªn c¸c tÝnh to¸n c¬ b¶n lµ bµi to¸n ph¼ng. −u ®iÓm næi bËt cña c¸c lo¹i robot ho¹t
TS. Ph¹m §¨ng Ph−íc
Robot C«ng nghiÖp 7
®éng theo hÖ to¹ ®é gãc lµ gän nhÑ, tøc lµ cã vïng lµm viÖc t−¬ng ®èi lín so víi kÝch cë cña
b¶n th©n robot, ®é linh ho¹t cao.
C¸c robot ho¹t ®éng theo hÖ to¹ ®é gãc nh− : Robot PUMA cña h·ng Unimation -
Nokia (Hoa Kú - PhÇn Lan), IRb-6, IRb-60 (Thuþ §iÓn), Toshiba, Mitsubishi, Mazak (NhËt
B¶n) .V.V...
VÝ dô mét robot ho¹t ®éng theo hÖ to¹ ®é gãc (HÖ to¹ ®é pháng sinh), cã cÊu h×nh
RRR.RRR :
H×nh 1.8 : Robot ho¹t ®éng theo hÖ to¹ ®é gãc.
Robot kiÓu SCARA : Robot SCARA ra
®êi vµo n¨m 1979 t¹i tr−êng ®¹i häc
Yamanashi (NhËt B¶n) lµ mét kiÓu robot míi
nh»m ®¸p øng sù ®a d¹ng cña c¸c qu¸ tr×nh s¶n
xuÊt. Tªn gäi SCARA lµ viÕt t¾t cña "Selective
Compliant Articulated Robot Arm" : Tay m¸y
mÒm dÏo tuú ý. Lo¹i robot nÇy th−êng dïng
trong c«ng viÖc l¾p r¸p nªn SCARA ®«i khi
®−îc gi¶i thÝch lµ tõ viÕt t¾t cña "Selective
Compliance Assembly Robot Arm". Ba khíp
®Çu tiªn cña kiÓu Robot nÇy cã cÊu h×nh R.R.T,
c¸c trôc khíp ®Òu theo ph−¬ng th¼ng ®øng. S¬ H×nh 1.9 : Robot kiÓu SCARA
®å cña robot SCARA nh− h×nh 1.9.
1.5. Ph©n lo¹i Robot c«ng nghiÖp :
Robot c«ng nghiÖp rÊt phong phó ®a d¹ng, cã thÓ ®−îc ph©n lo¹i theo c¸c c¸ch sau :
1.4.1. Ph©n lo¹i theo kÕt cÊu :
Theo kÕt cÊu cña tay m¸y ng−êi ta ph©n thµnh robot kiÓu to¹ ®é §Ò c¸c, KiÓu to¹ ®é
trô, kiÓu to¹ ®é cÇu, kiÓu to¹ ®é gãc, robot kiÓu SCARA nh− ®· tr×nh bµy ë trªn.
1.4.2. Ph©n lo¹i theo hÖ thèng truyÒn ®éng :
Cã c¸c d¹ng truyÒn ®éng phæ biÕn lµ :
HÖ truyÒn ®éng ®iÖn : Th−êng dïng c¸c ®éng c¬ ®iÖn 1 chiÒu (DC : Direct Current)
hoÆc c¸c ®éng c¬ b−íc (step motor). Lo¹i truyÒn ®éng nÇy dÔ ®iÒu khiÓn, kÕt cÊu gän.
HÖ truyÒn ®éng thuû lùc : cã thÓ ®¹t ®−îc c«ng suÊt cao, ®¸p øng nh÷ng ®iÒu kiÖn lµm
viÖc nÆng. Tuy nhiªn hÖ thèng thuû lùc th−êng cã kÕt cÊu cång kÒnh, tån t¹i ®é phi tuyÕn lín
khã xö lý khi ®iÒu khiÓn.
HÖ truyÒn ®éng khÝ nÐn : cã kÕt cÊu gän nhÑ h¬n do kh«ng cÇn dÉn ng−îc nh−ng l¹i
ph¶i g¾n liÒn víi trung t©m taä ra khÝ nÐn. HÖ nÇy lµm viÖc víi c«ng suÊt trung b×nh vµ nhá,
kÐm chÝnh x¸c, th−êng chØ thÝch hîp víi c¸c robot ho¹t ®éng theo ch−¬ng tr×nh ®Þnh s¼n víi
c¸c thao t¸c ®¬n gi¶n “nhÊc lªn - ®Æt xuèng” (Pick and Place or PTP : Point To Point).
TS. Ph¹m §¨ng Ph−íc
Robot C«ng nghiÖp 8
1.4.3. Ph©n lo¹i theo øng dông :
Dùa vµo øng dông cña robot trong s¶n xuÊt cã Robot s¬n, robot hµn, robot l¾p r¸p,
robot chuyÓn ph«i .v.v...
1.4.4. Ph©n lo¹i theo c¸ch thøc vµ ®Æc tr−ng cña ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn :
Cã robot ®iÒu khiÓn hë (m¹ch ®iÒu khiÓn kh«ng cã c¸c quan hÖ ph¶n håi), Robot ®iÒu
khiÓn kÝn (hay ®iÒu khiÓn servo) : sö dông c¶m biÕn, m¹ch ph¶n håi ®Ó t¨ng ®é chÝnh x¸c vµ
møc ®é linh ho¹t khi ®iÒu khiÓn.
Ngoµi ra cßn cã thÓ cã c¸c c¸ch ph©n lo¹i kh¸c tuú theo quan ®iÓm vµ môc ®Ých nghiªn
cøu
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
TS. Ph¹m §¨ng Ph−íc
Copyright by webtailieu.net