CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ROBOT
CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ROBOT Kỹ thuật robot (robotics) kỹ thuật liên ngành bao gồm kỹ thuật khí, kỹ thuật điện điện tử, kỹ thuật máy tính, nội dung kỹ thuật robot bao gồm nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, vận hành áp dụng robot Kể từ kỷ 20 nay, robot ngày đóng vai trị quan trọng hoạt động người sản xuất, dịch vụ, y tế, nghiên cứu khoa học, quốc phòng…Chương trình bày lịch sử robot, cấu tạo phân loại robot, lĩnh vực áp dụng robot, cung cấp khái niệm nghiên cứu chi tiết chương sau 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ROBOT VÀ ĐỊNH NGHĨA 1.1.1 Lịch sử phát triển Từ thời cổ người mơ tưởng đến việc chế tạo máy móc làm việc thay người Thần thoại Hy lạp nói đến thần thợ rèn Hephaestus chế tạo máy móc chuyển động tương tự người thú, ví dụ người khổng lồ đồng Talos canh giữ đảo Crete Các văn minh La mã, Ấn, Trung hoa ghi nhận việc chế tạo máy móc tương tự Truyện Liệt tử Dương tử (Nguyễn Hiến Lê) ghi chép người thợ Yến Sư (Yan Shi) dâng cho vua Chu Mục Vương (Zhou Mu Wang) thời nhà Chu người máy để giải trí Truyện Tam quốc diễn nghĩa kể chuyện Khổng Minh chế tạo trâu ngựa gỗ vận chuyển cử động thật Các cơng trình khơng có để lại minh chứng cho đời sau nên khơng biết có thực hay khơng Có thể kể cơng trình máy tự động khí cịn lưu lại bảo tàng nay: - Các sáng chế Jacques de Vaucanson (Pháp) (thế kỷ 18) người thổi sáo, vịt, Bảo tàng Le Musée des Automates des Grenoble, "Reves Mecaniques." - The Writer (thế kỷ 18), em bé ngồi viết, người thợ đồng hồ Pierre Jaquet Droz (Thuỵ sĩ) sáng chế, Bảo tàng Nghệ thuật Lịch sử (Bern,Thụy Sĩ) - Các sáng chế Henri Millardet (Thụy sĩ) (thế kỷ 19), Bảo tàng The Franklin Institute , Philadelphia, Mỹ - Búp bê Karakuri (thế kỷ 19), người máy phục vụ trà, Bảo tàng khoa học tự nhiên Tokyo Thời đại , từ robot lần dùng ngôn ngữ Anh vào năm 1921 kịch Rossum’s Universal Robots nhà viết kịch người Tiệp Karel Capek (1890-1938) theo gợi ý người em, nhân vật Rossum chế tạo máy làm việc thay cho gọi robot, từ chữ robota có nghĩa lao KỸ THUẬT ROBOT- TS NGUYỄN ĐỨC THÀNH CHƢƠNG động nặng nhọc Tác phẩm gợi hứng sáng tác cho nhiều tác phẩm văn học điện ảnh, gần loạt phim Chiến tranh Star Wars năm 1977 với robot C-3PO, R2-D2 Hình 1.1 Các robot (a)The writer , (b) Karakuri Nhà văn khoa học viễn tưởng người Nga Isaac Asimov (1920-1992) đưa thuật ngữ robotics (robot học, kỹ thuật robot) viết loạt tiểu thuyết veà robot (nổi tiếng “I, robot”), nêu ba nguyên tắc robot (Three laws of robotics, năm 1950): - robot không gây nguy hại cho người hành động hay không hành động - robot phải tuân theo lệnh người, không vi phạm nguyên tắc thứ - robot cần phải bảo vệ sống thân, không vi phạm hai nguyên tắc Hình 1.2 Nhà văn Karel Capek Isaac Asimov TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ROBOT Nhờ phát triển máy tính, năm 1956, George C Devol (Mỹ, 1912 - 2011) Joseph F Engelberger (Mỹ, 1925 2015) chế tạo robot công nghiệp Unimate với kinh phí 65000 USD, thành lập cơng ty Unimation (Universal Automation) Robot Unimate dùng để lấy vật liệu khỏi máy dập khuôn hãng General Motors vào năm 1961 Các công ty sản xuất ô tô bắt đầu sử dụng robot robot giúp tăng suất nhà máy Hình 1.3 Các nhà phát minh J F Engelberger G C Devol Robot Unimate Năm 1958 hãng AMF (American Machine and Foundry Company) sản xuất robot trụ Versatran Năm 1967 châu Âu lần lắp đặt robot, Năm 1967, Nhật mua robot công ty AMF Năm 1968 công ty Kawasaki Heavy Industries mua quyền robot hãng Unimation, sản xuất robot Nhật năm 1969 từ Nhật bắt đầu tự sản xuất robot, vươn lên thành cường quốc số robot (Nhật thiếu hụt lao động nên ngành công nghiệp sử dụng nhiều robot) Cùng với tiến máy tính, vi xử lý kỹ thuật điện tử- tự động- máy tính, robot ngày hoàn thiện Sau số mốc thời gian phát triển robot: - 1970: xe tự hành Lunokhod (Moonwalker) Liên xô chạy mặt trăng - 1970: hội nghị quốc gia robot công nghiệp tổ chức Mỹ - 1973: robot thông minh Wabot-1 biết chơi đàn organ công bố (đại học Waseda, Nhật) - 1976: lần cánh tay robot dùng tàu không gian Viking - 1977: robot R2-D2 xuất phim Star Wars - 1978, hãng Unimation sản xuất cánh tay robot Puma (Programmable Universal Machine for Assembly) bậc tự - 1981, cánh tay robot Canadarm gắn tàu thoi - 1982, công ty Fanuc (Nhật) General Motors (Mỹ) thành lập công ty GE Fanuc Bắc Mỹ - 1997, robot Sojourner (Mỹ) chạy Hoả CHƢƠNG - 2000, robot giải phẫu “da Vinci” công ty Intuitive Surgical (Mỹ) - 2000, Honda mắt robot giống người Asimo (Advanced Step in Innovative Mobility) - 2001, Sony giới thiệu robot chó Aibo - 2003, robot Spirit, Opportunity di chuyển Hỏa - 2012, robot Curiosity đáp xuống Hoả - 2014, robot Philae Châu Âu đáp chổi 67P Churyumov – Gerasimenko cách trái đất 500 triệu km để nghiên cứu Trải qua 50 năm phát triển, robot có nhiều tính năng, trang bị nhiều cảm biến điều khiển vi xử lý mạnh Robot có nhiều áp dụng công nghiệp đời sống hàng ngày Bên cạnh robot công nghiệp đảm nhiệm chức thay người việc vận chuyển, lắp ráp, sơn, hàn…thường cố định, cịn có robot di động mà mục đích cuối robot giống người hoạt động suy nghĩ giống người 1.1.2 Định nghĩa Sự phát triển robot làm cho khó có định nghĩa robot cho phù hợp Theo Học viện robot Hoa kỳ (Robot Institute of America) (năm 1979), robot tay máy lập trình tái lập trình, thực chuyển động lập trình để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ hay thiết bị chuyên dụng Theo Hội robot Nhật (JARA, Japanese Robot Association), robot hệ thống khí có chuyển động tương tự sinh vật có trí thơng minh, hoạt động theo điều khiển người Tự điển Oxford định nghĩa robot máy thực chuỗi hoạt động phức tạp tự động, lập trình trước từ máy tính Ngành robotics ngành khoa học có nhiệm vụ: - thiết kế, chế tạo, điều khiển lập trình robot - nghiên cứu áp dụng robot - nghiên cứu trình điều khiển, cảm nhận giải thuật dùng cho người, sinh vật máy móc - áp dụng trình điều khiển vào giải thuật để chế tạo robot Robot chia làm hai loại robot công nghiệp robot di động Phần lớn robot cơng nghiệp (cịn gọi tay máy cơng nghiệp) điều khiển vi xử lý hay máy tính, thực máy điều khiển theo vị trí đơn giản, thực cơng việcc đơn giản lặp lại, nhàm chán Các vị trí chuyển động cho trước chương trình hay dạy trước từ dạy học cầm tay Các cảm biến trang bị chủ yếu cảm biến góc quay TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ROBOT Hình 1.4 (a) Robot Versatran, (b) Robot Puma Hình 1.5 Robot khơng gian (a) Lunokhod (b) Sojourner Hình 1.6 Cánh tay Canadarm khơng gian CHƢƠNG Hình 1.7 Chuỗi robot giống ngƣời Honda Hình 1.8 Robot chó Aibo Sony Các robot di động có mức độ thơng minh cao hơn, trang bị cảm biến nghe, nhìn, sờ có phần mềm xử lý theo hướng trí tuệ nhân tạo Robot giúp giải vần đề thiếu hụt lao động có tay nghề cao, giảm lao động nặng nhọc cho công nhân, giảm giá thành sản phẩm, tăng suất lao động nhiều ngành sản xuất, dịch vụ, y tế, chăm sóc sức khoẻ, nơng nghiệp, xây dựng, tu bảo dưỡng… 1.1.3 Tình hình sử dụng robot Hiện robot dùng lãnh vực sau: - robot công nghiệp dây chuyền sản xuất tự động: lắp ráp, sơn, hàn, bốc dở kiểm tra, công nghiệp ô tơ, khí, điện tử, ép nhựa, …sử dụng dây chuyền sản xuất mềm dẻo kết hợp với máy CNC (FMS Flexible Manufacturing System)… Các lãnh vực sau chủ yếu sử dụng robot di động: - sử dụng để nghiên cứu khoa học không gian, vũ trụ nước TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ROBOT - y học robot giải phẫu từ xa theo điều khiển bác sĩ, chân tay giả điều khiển điện sinh học, robot cực nhỏ chạy mạch máu - vùng nguy hiểm vùng phóng xạ, bom mìn, chống khủng bố, ngồi vũ trụ, nước - phục vụ người bệnh, chữa cháy, cứu hộ, giải trí, giao hàng Lãnh vực hoạt động phát triển phát triển cơng nghệ giảm giá thành - chiến tranh thay cho người lính Các bảng 1.1 đến 1.3 cung cấp số liệu robot công nghiệp, nguồn: Workd Robotics (http://www.ifr.org/industrial-robots/statistics/) Robot công nghiệp sử dụng nhiều ngành ô tô theo Bảng 1.1 Các nước sử dụng robot nhiều Nhật, Mỹ, Đức, Hàn quốc, Trung quốc , Ý, nước Đông Nam Á…Năm 2014 số robot sản xuất khoảng 229.000 đơn vị, tăng 29% so với năm 2013 Bảng 1.2 thống kê số robot sản xuất hàng năm 70% số robot sản xuất năm 2014 tiêu thụ nước Trung quốc, Nhật, Mỹ, Hàn quốc Đức Đến năm 2014 số robot sử dụng khoảng 1.5 triệu đơn vị tập trung châu Á+Úc (Nhật, Hàn, Trung quốc), châu Âu (Đức, Ý, Pháp), Bắc Mỹ (Mỹ, Canada) Dự kiến đến năm 2018 số robot tổng cộng khoảng 2.3 triệu đơn vị Mười nước xuất robot nhiều nhầt (http://www.worldstopexports.com/top-industrial-robotsexporters/5691): - Nhật: US$1.5 tỷ (33.4% số xuất giới) - Đức: $652.5 triệu (15%) - Ý: $362.3 triệu (8.3%) - Pháp: $226.6 triệu (5.2%) - Hàn quốc: $167.8 triệu (3.9%) - Thụy Điển: $166.3 triệu (3.8%) - Mỹ: $162.4 triệu (3.7%) - Áo: $159.9 triệu (3.7%) - Hà lan: $149.3 triệu (3.4%) - Trung quốc: $137.9 million (3.2%) CHƢƠNG Bảng 1.1 Số lƣợng robot sử dụng ngành sản xuất Bảng 1.2 Số robot công nghiệp sản xuất hàng năm Bảng 1.3 Số robot lắp đặt số nƣớc Nước Năm 2013 Năm 2014 Châu Mỹ Bắc Mỹ (Canada,Mexico, USA) Brazil Các nước châu Mỹ khác 226071 216.817 8564 1690 248430 236.891 9557 1982 Năm 2015 (dự báo) 272000 259.200 10.300 2500 Năm 2018 (dự báo) 343000 323.000 18.300 1700 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ROBOT Châu Á/Úc Nhật Hàn quốc Trung quốc Đài loan Thái lan Ấn độ Các nước Á/Úc khác Châu Âu Đức Ý Pháp Tây ban nha Anh Cộng hòa Séc Các nước châu Âu khác Phi châu Số liệu không rõ thuộc nước Tổng cộng 689.349 304.001 156.110 132.784 37.252 20.337 9677 29.188 392.277 161.579 59.078 32.301 28.091 15.591 8.097 81.940 3501 21.070 1.332.218 785.028 295.829 176.833 189.358 43.484 23.893 11.760 43.871 411.062 175.768 59.823 32.233 27.893 16.935 9.543 88.777 3.874 32.384 1.480.778 914.000 297.200 201.200 262.900 50.500 27.900 14.300 60.000 433.000 183.700 61.200 32.300 28.700 18.200 11.000 97.900 4.500 40.500 1.664.000 1.417.000 291.800 279.000 614.200 67.000 41.600 27.100 96.300 519.000 216.800 67.000 33.700 29.500 23.800 18.200 130.000 6.500 41.500 2.327.000 Các công ty lớn sản xuất robot công nghiệp thường công ty đa quốc gia, Bảng 1.4 cung cấp số liệu số công ty hàng đầu robot công nghiệp Bảng 1.4 Top công ty sản xuất robot công nghiệp Tên công ty Địa trang web Trụ sở Yaskawa Electric Corp (Yaskawa Motoman) ABB Robotics Fanuc America Kawasaki Robotics Nachi Fujikoshi Kuka AG Denso Robotics Epson Adept Technology http://www.motoman.com, Mỹ http://www.abb.com/robotics, Thụy Sỹ http://www.fanucamerica.com, Mỹ https://robotics.kawasaki.com, Mỹ http://www.nachi-fujikoshi.co.jp, Nhật http://www.kuka-ag.de/en/, Đức http://www.densorobotics.com/, Nhật http://www.epson.com/, Nhật http://www.adept.com, Mỹ Số robot sản xuất (đv ngàn) 300 250 250 110 100 80 80 45 25 Mức độ sử dụng robot công nghiệp đánh giá theo số robot 10000 nhân viên (năm 2014) trung bình giới 66 cịn số liệu nước dùng nhiều Bảng 1.5 Bảng 1.5 Mật độ robot năm 2014 Nước Hàn quốc Nhật Đức Mỹ Trung quốc Mật độ robot công nghiệp 478 314 292 164 36 Mật độ robot công nghiệp ô tô 1129 1414 1149 1141 305 CHƢƠNG 1.2 PHÂN LOẠI VÀ CẤU TRÚC ROBOT Robot chia làm hai loại robot công nghiệp (industrial robot, manipulator) robot di động (mobile robot) Robot cơng nghiệp có hai loại robot nối tiếp (serial robot) robot song song (parallel robot) Robot di động đa dạng thường phân loại theo cấu chuyển động theo áp dụng 1.2.1 Robot Công nghiệp Nối tiếp Robot công nghiệp nối tiếp kết cấu gồm khâu (link) nối với khớp (joint) thành chuỗi nối tiếp hở Các khâu dánh số đế cố định gọi khâu 0, sau khâu 1, khâu 2,…, khâu n Khâu cuối gọi bàn tay (hand, end effector) có cấu kẹp để mang dụng cụ Hai khớp thường dùng khớp quay (R revolute) khớp trượt (P prismatic) (Hình 9) có bậc tự (DOF degree of freedom) Ta gọi góc θ góc hai khâu với khớp quay, d khoảng di chuyển tương đối hai khâu với khớp trượt, gọi chung biến khớp Robot dùng để thực thao tác thay người, phần quan trọng robot bàn tay (end effector) để gắn dụng cụ vào hay để gắp vật, bàn tay nối với cẳng tay qua khớp cổ tay, khớp có từ hai đến ba bậc tự để tạo khéo léo, linh hoạt, khớp cổ tay kết hợp khớp quay với trục quay thẳng góc gặp tâm cổ tay, robot có năm hay sáu bậc tự Tên gọi góc quay khớp cổ tay thường sử dụng Roll góc nghiêng (góc xoay), Yaw góc hướng (góc phương vị), Pitch góc ngẩng, góc đặt tên theo góc máy bay khơng , tàu mặt nước hay đầu người, camera (Hình 1.11)…Tuỳ theo áp dụng bàn tay gắn dụng cụ đầu phun sơn, mỏ hàn, dụng cụ gia cơng cắt gọt khoan hay vặn vít, chìa khố mở ốc… Điều khiển robot điều khiển vị trí hướng dụng cụ gắn tay kẹp, gồm sáu thành phần, robot nên có bậc tự tức có khớp, nhiên tùy theo áp dụng số bậc tự hay nhiều Robot phân loại theo ba khớp tạo nên cánh tay, khớp lại khớp cổ tay, nối cánh tay với bàn tay Hình Khớp quay khớp tịnh tiến 10 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ROBOT Hình 1.10 (a) Cơ cấu robot nối tiếp (b) cấu robot Scorbot Hình 1.11 Qui ƣớc góc với khớp cổ tay - Robot toạ độ dề cạc PPP (cartesian): ba khớp tịnh tiến với trục tịnh tiến trực giao với nhau, không gian làm việc khối chữ nhật (Hình 1.12) Vùng làm việc robot khối chữ nhật, robot có kết cấu đơn giản, dễ điều khiển, khéo léo Hình 1.12 Robot toạ độ dề cạc Một loại robot tương tự robot giàn (gantry robot) (Hinh 1.13), có độ cứng tốt 11 CHƢƠNG Hình 1.13 Robot giàn - Robot toạ độ trụ RPP, khớp đầu khớp quay, hai khớp sau tịnh tiến, robot làm việc khơng gian hình trụ (Hình 1.14) Hình 1.14 Robot toạ độ trụ - Robot toạ độ cầu RRP (Hình 1.15): hai khớp đầu khớp quay với trục thẳng góc nhau, khớp thứ ba tịnh tiến Hình 1.15 Robot toạ độ cầu 12 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ROBOT - Robot SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm): có ba khớp quay với trục song song RRP thường dùng cho công việc lắp bo mạch điện tử (Hình 1.16) Tên tiếng Anh robot có nghĩa cánh tay robot lắp ráp có độ cứng chọn lựa có độ cứng cao theo phương thẳng đứng Hình 1.16 Robot SCARA - Robot khuỷu tay (elbow, articulated, anthropomorphic) (Hình 1.17) mơ tay người: loại robot phổ biến nhất, có ba khớp quay RRR, hai trục quay hai khớp cuối song song với thẳng góc trục quay khớp thứ Hình 1.17 Robot khuỷu tay 13 CHƢƠNG Hình 1.18 Robot khuỷu tay dây chuyền lắp ráp ô tô 1.2.2 Robot song song Robot nối tiếp có độ cứng cấu động học hở, khả mang tải (payload) robot có vài kg, muốn tăng độ cứng lên ta dùng cấu động học kín hình bình hành Hình 1.19 dùng robot song song (Hình 1.20) Robot gồm hai đế cố định di chuyển, nối với khâu, độ cứng tăng lên kích thước vùng làm việc giảm xuống Một loại robot song song thông dụng robot Stewart- Gough, có sáu kiểu khớp trượt chủ động nối với hai đế khớp cầu thụ động Một loại robot song song khác thông dụng thay khớp trượt khớp quay Robot song song có đặc tính vận tốc nhanh, dùng truyền động thuỷ lực có khả mang tải lớn đến hàng chục 14 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ROBOT Hình 1.19 Robot nối tiếp với cấu động học kín Hình 1.20 Robot song song sáu bậc tự Hình 1.21 (a)Robot song song dây chuyền, (b)Mô bay dùng robot song song 15 CHƢƠNG Các toán robot công nghiệp điều khiển đầu công tác đến vị trí định trước (gắp thả) hay theo quỹ đạo định trước, thường quỹ đạo tuyến tính hay quỹ đạo trịn, vần đề khảo sát từ Chương đến Chương Khi làm việc môi trường sản xuất người ta thường dùng khái niệm workcell xếp tài nguyên cần thiết để cải thiện chất lượng, tốc độ giá thành sản phẩm, robocell kết hợp robot thiết bị cần thiết để thực cơng đoạn gia cơng Các thơng số cần quan tâm robot công nghiệp là: được, - Kiểu số bậc tự do, Kích thước khối lượng robot, kích thước khối lượng robot điều khiển, Khả mang tải tối đa, khối lượng vật tối đa tay gắp robot nâng Vùng làm việc, tầm với theo chiều ngang chiều đứng, Độ xác: sai số vị trí hướng đầu cơng tác, Tính lặp lại, sai số tối đa đầu cơng tác trở lại vị trí cũ, ví dụ ±0.5mm, Vận tốc chuyển động tối đa trục Khả ứng dụng sản xuất Ví dụ robot Motoman EA1900N sử dụng dây chuyền hàn trình bày Hình 1.22, 1.23 Bảng 1.6 Hình 1.22 Robot Motoman EA1900N 16 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ROBOT Bảng 1.6 Thông số robot Motoman EA1900N Axes Payload V reach H reach Repeatability Robot mass S-Axis (Trục 1) 170 °/s (2.97 rad/s) 3kg 3418mm 1904mm ±0.08mm 280kg L-Axis (Trục 2) U-Axis (Trục 3) R-Axis (Trục 4) B-Axis (Trục 5) T-Axis (Trục 6) 170 °/s (2.97 rad/s) 175 °/s (3.05 rad/s) 340 °/s (5.93 rad/s) 340 °/s (5.93 rad/s) 520 °/s (9.08 rad/s) Hình 1.23 Vùng làm việc Robot Motoman EA1900N 1.2.3 Robot di động Robot di động máy tự động có khả di chuyển, đa dạng chủng loại, nhà nghiên cứu đặt mục tiêu nghiên cứu đưa robot vào phục vụ người Robot di động đa dạng, khó phân loại thống kê Có nhiều cách phân loại robot: a/ Phân loại theo mức độ thông minh: - Robot bán tự động, điều khiển từ xa (semi autonomous, remote control robot) robot điều khiển từ xa qua sóng vơ tuyến - Robot tự động (autonomous robot): robot tự nhận biết vị trí mơi trường, có khả suy luận hành động để đạt mục đích, có khả làm việc theo bầy đàn (swarm robot), tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện b/ Phân loại theo ứng dụng: - Robot giáo dục, nghiên cứu khoa học - Robot nghiên cứu không gian, vũ trụ: xe tự hành Hoả - Robot gia đình: hút bụi, cắt cỏ, hỗ trợ người già - Robot nông nghiệp: hái trái - Robot xây dựng: đào ống ngầm - Robot kiểm tra: kiểm tra rị rỉ đường ống dẫn dầu, rị rỉ phóng xạ 17 CHƢƠNG - Robot giải trí Robot y tế: Robot cứu hộ: cứu hộ nạn nhân thiên tai, khủng bố Robot chuyên chở: giao hàng đến nơi định trước Robot quân sự, an ninh: bay thám thính, chiến đấu, sát thương, gỡ mìn c / Phân loại theo cách di chuyển: - Robot bánh xe: bánh (unicycle, solowheel), hai bánh (segway), nhiều bánh Loại robot bánh hai bánh thành tựu lý thuyết điều khiển tự động phải đảm bảo robot khơng bị đổ, xe bánh hai bánh tự cân thương mại hoá từ năm 2013 Loại xe nhiều bánh bảo đảm cân bằng, có nhiều loại thay đổi kết cấu để vượt qua địa xe leo cầu thang, xe di chuyển địa hình gồ ghề - Robot theo đường: robot dùng cảm biến quang bám theo vạch màu sàn, bám theo tưởng hay theo từ trường tạo dây điện chôn sàn, phân xưởng thường dùng AGV (autonomous guided vehicle) loại xe chở vật liệu, sản phẩm đến địa lập trình, có khả phá giácc vật cản - Robot có chân: chân, hai chân (biped, humanoid robot), nhiều chân, robot nhiều chân giúp vượt qua chướng ngại dễ dàng Loại robot tựa người phát triển mạnh, phục vụ người nhiều lãnh vực - Robot bánh xích - Robot trườn, robot rắn: chuyển động dựa chế sinh vật - Robot bay: UAV (unmanned aerial vehicle) sử dụng cho mục đích quân (thám thính, sát thương), Quadrotor dùng để quay phim, giao hàng - Robot lặn: UUV (unmanned underwater vehicle), AUV (autonomous underwater vehicle) dùng nghiên cứu hay cứu hộ biển Hình 1.24 Các robot unicycle kết hợp với ngƣời ngồi lái 18 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ROBOT Hình 1.25 Robot hai bành Hình 1.26 Robot nhiều bánh Hình 1.27 Xe tự động bốc xếp AGV Hình 1.28 Humanoid robot Asimo 19 CHƢƠNG Hình 1.29 Một số robot bay lặn Hình 30 Robot ứng dụng an ninh nơng nghiệp Các tốn robot di động là: - Định vị, - Vẽ đồ, quay phim - Tăng cường trí thơng minh, làm việc độc lập - Khả động - Khả ứng dụng Chương khảo sát số vấn đề robot di động 1.3 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ROBOT Hệ thống điều khiển robot bao gồm thiết bị lập trình chuyển động điều khiển chuyển động Thiết bị lập trình chuyển động máy tính lập trình cầm tay (Teach pendant) Máy tính kết nối với robot truyền thơng nối tiếp có dây (cổng COM, USB, LAN) hay khơng dây (WIFI) có trang bị phần mềm tạo chương trình hoạt động cho robot mơ Bộ điều khiển gồm vi điều khiển điều khiển chuyển động theo thuật toán điều khiển hồi tiếp công suất điều khiển động , cảm biến vị trí, lực, camera nguồn lượng Robot dùng nhiều động để tạo chuyển động, số động số bậc tự robot, có ba loại động thường dùng động điện, động khí nén động thuỷ lực, phổ biến động điện công suất từ vài trăm watt trở lại, loại thuỷ lực thường dùng cần tải trọng lớn, loại khí nén sử dụng cần tác động nhanh Robot công nghiệp loại lớn thường dùng động AC servo (động đồng nam châm vĩnh cữu PMSM Permanent Magnet Synchronous Motor) kèm encoder đo 20 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ROBOT góc quay, robot công nghiệp loại nhỏ hay robot di động dùng động bước, động DC servo hay BLDC motor (robot ASIMO dùng 57 động để điều khiển chuyển động), robot đồ chơi dùng động RC servo (Radio Control) Các động có hai loại quay hay truyền động thẳng, nhiên loại quay phổ biến Thơng thường động có giảm tốc để tăng moment, giảm vận tốc Các motor thường đặt phần đế, không kết nối trực tiếp đến khớp chuyển động mà dùng dây đai (timing belt) puli Đối với robot công nghiệp lượng sử dụng điện từ lưới điện xoay chiều, robot di động dùng lượng tích luỹ từ pin accu, sạc điện từ lưới xoay chiều hay từ panel mặt trời Chương trình bày chi tiết động cơ, cảm biến truyền động cho robot Hình 1.31 Hệ thống điều khiển robot Phần mềm cho robot gồm hai khối: phần mềm cho điều khiển phần mềm cho máy tính Tuỳ theo loại robot, điều khiển thực nhiều chức điều khiển động cơ, nhận tín hiệu từ cảm biến, xuất nhập tín hiệu số tương tự để giao tiếp với thiết bị khác, nhận tín hiệu từ camera, giao tiếp với thiết bị lập trình điều khiển, vi điều khiển trang bị hệ điều hành nhúng thời gian thực Linux lập trình ngơn ngữ Python C Với robot thương mại hố ta khơng thể can thiệp vào phần mềm điều khiển Phần mềm thiết bị lập trình giúp điều khiển robot tay, lập chương trình làm việc cho robot, ví dụ chương trình hàn theo quỹ đạo đó, hay chương trình điều khiển hành vi robot di động Phần mềm offline giúp mơ robot cịn phần mềm online dùng để lập trình trực tiếp Các cơng ty sản xuất robot có phần mềm riêng để lập trình offline online, mơ robot, ví dụ ABB có phần mềm RobotStudio lập trình dùng ngơn ngữ RAPID (Hình 1.32), Intelitek có Scorbase, RoboCell (Hình 1.33)…Matlab có ToolBox Robotics System ToolBox (bản 2015), SimMechanics hỗ trợ thiết kế mơ Robot, ngồi cịn nhiều phần mềm khác V-REP, Solidworks… 21 CHƢƠNG Hình 1.32 Giao diện RobotStudio ABB Hình 1.33 Giao diện Scorbase cho robot Scorbot-ER4U 22 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ROBOT Hình 1.34 Phần mềm mơ V-Rep KẾT LUẬN Chương khảo sát khái niệm tổng quát robot công nghiệp robot di động bao gồm lịch sử, định nghĩa, phân loại cấu trúc robot thống kê tình hình sản xuất sử dụng robot giới Các chương sau khảo sát chi tiết hơn, cung cấp cho người đọc kiến thức thiết kế vận hành robot CÂU HỎI ÔN TẬP BT1 Lịch sử robot BT2 Phân loại robot BT3 Tình hình sử dụng robot giới Việt nam BT4 Các loại động servo sử dụng robot BT5 Phân tích cấu hệ thống hàn điện dùng robot 23