Đồ án cơ điện tử Robot

Đồ án cơ điện tử Robot

Chơng 1: TổNG QUAN Về Cơ ĐIệN Tử Trong nền kinh tế to n cầu hiện nay, quốc gia n o đ a ra đợc các sản phẩm có sức cạnh tranh cao sẽ có đợc thị phần v cơ hội phát triển. Cơ điện tử l một lĩnh vực chuyên môn kết nối đa ng nh kỹ thuật cho phép tạo ra các sản phẩm trí tuệ với giá th nh ng y c ng rẻ nh thế. Sự phát triển của máy tính v công nghệ phần mềm l m cho cơ điện tử trở thành một đòi hỏi cấp thiết của những thập niên cuối thế kỷ 20. Sang thế kỷ 21, với những tiến bộ trong các hệ thống cơ-điện-sinh học máy tính lợng tử, hệ thống pico và nano, t ơng lai của cơ điện tử sẽ đầy ắp triển vọng sáng sủa và tiềm năng. Thuật ngữ cơ điện tử (mechatronic) ra đời ở Nhật Bản v o những năm cuối thập niên 1960. Khi đó ngời ta coi cơ điện tử l một lĩnh vực công nghệ liên ng nh giữa cơ khí, điện/điện tử. Công nghệ n y đã tạo ra nhiều sản phẩm mới cũng nh cung cấp một giải pháp tăng hiệu quả v tính năng của các máy móc thông dụng trong đời sống con ngời. Từ đó đến nay cơ điện tử có sự phát triển không ngừng v đóng vai trò quan trọng trong khoa học công nghệ, nhất l khi kỹ thuật vi xử lý ra đời v o những năm 1970. Mặc dù vậy khái niệm cơ điện tử không đợc thể hiện một cách rõ r ng v nhất quán trong các t i liệu cũng nh trong cách hiểu của mọi ngời. Nhiều ngời hiểu cơ điện tử l một hệ thống gồm các phần cơ khí, điện, điện tử, máy tính, sensor, actuator, Một số lại hiểu sản phẩm cơ điện tử l một thiết bị có thêm phần điều khiển điện tử v phần mềm thay thế một phần chức năng của phần cơ khí trớc đây. Cách hiểu n y dẫn đến suy nghĩ rằng cơ điện tử không có gì mới m chỉ đơn thuần l sự tập hợp các lĩnh vực khoa học công nghệ có sẵn. Trong khi đó, nhiều sách về cơ điện tử có cấu trúc nhiều chơng, mỗi chơng lại nói về một công nghệ riêng rẽ, c ng l m ng ời đọc hiểu cơ điện tử không phải l một công nghệ thống nhất. Hiểu cơ điện tử nh thế l ch a đủ v ch a thấy hết bản chất của nó. Trớc hết phải hiểu cơ điện tử l một công nghệ thống nhất chứ không phải l sự tập hợp đơn thuần của nhiều công nghệ khác nhau. L một thể thống nhất nên thiết kế các sản phẩm cơ điện tử phải l một thiết kế tối u, cộng năng của các 1 công nghệ khác nhau tạo nên một thiết bị, một hệ thống có sự kết hợp hữu cơ nh một cơ thể sống. Có nghĩa l phần cơ khí, phần điện tử, phần điều khiển, phần mềm, sensor, actuator, v.v của một sản phẩm cơ điện tử l các phần x - ơng thịt của nhau, ảnh hởng lẫn nhau. Do vậy cấu trúc của các công nghệ khác nhau phải thay đổi để tạo nên một cấu trúc thống nhất trong một sản phẩm. Với quan niệm nh thế, các chuyên gia trên thế giới đã đa ra các định nghĩa khác nhau về cơ điện tử. Bắt đầu từ định nghĩa đầu tiên về cơ điện tử của Yasakawa Electric Company: Từ mechatronics (cơ điện tử) đ ợc tạo th nh bởi mecha trong mechanism (máy móc) v tronics trong electronics (điện tử). Nói cách khác, các công nghệ v sản phẩm phát triển sẽ hợp nhất điện tử một cách mật thiết v hữu cơ ng y c ng nhiều v o trong máy móc, v l m nó không thể nói nơi một cái kết thúc v cái khác bắt đầu . Sự tiến bộ của công nghệ theo thời gian, nhất l sự phát triển của máy tính, khiến cho định nghĩa cơ điện tử thay đổi. Năm 1996, Harashima, Tomizuka v Fukada quan niệm cơ điện tử l sự tích hợp của kỹ thuật cơ khí, cùng với điện tử v điều khiển máy tính thông minh trong thiết kế v sản xuất các sản phẩm và quá trình công nghiệp. Theo Auslander v Kempf (1996): cơ điện tử l một ứng dụng của việc tạo quyết định liên hợp để điều h nh các hệ thống vật lý . V gần đây, W.Bolton đề xuất định nghĩa: Một hệ thống cơ điện tử không chỉ l sự kết hợp chặt chẽ các hệ thống cơ khí - điện v còn hơn cả một hệ thống điều khiển; nó l sự tích hợp ho n to n của tất cả những thứ đó . Tất cả các định nghĩa v phát biểu trên đều chính xác v có giá trị nh ng chúng không định nghĩa đợc ho n to n cơ điện tử. Hiện nay, thế giới tiếp tục có những cố gắng để định nghĩa cơ điện tử, để phân loại các sản phẩm cơ điện tử v để phát triển một ch - ơng trình giảng dạy cơ điện tử chuẩn. Tuy nhiên khó có thể miêu tả ho n thiện cơ điện tử l gì. Sự thiếu nhất trí đó l một tín hiệu l nh mạnh. Nó cho thấy lĩnh vực n y đang tồn tại, có nghĩa đấy l một vấn đề mới mẻ. Thậm chí khi không có định nghĩa thống nhất về cơ điện tử, các kỹ s cũng hiểu đợc nó từ những định nghĩa trên v từ việc bản thân họ chiêm nghiệm đ ợc bản chất triết học của cơ điện tử qua thực tiễn. Các sản phẩm cơ điện tử vẫn liên tục đợc ra đời trong vòng 30 năm qua bằng những xử lý tự nhiên nh thế. Mặc dù vậy cần thiết phải nghiên cứu cơ điện tử để cung cấp một kỹ năng giúp mọi ngời hiểu v giải thích đ ợc quá trình thiết kế kỹ thuật cũng nh định nghĩa, phân loại, 2 thiết lập v tích hợp nhiều khía cạnh kỹ thuật trong sản phẩm cơ điện tử thống nhất. Việc cố gắng để xây dựng một hệ thống cơ khí tự động đã có từ rất lâu. Các ứng dụng của điều khiển tự động xuất hiện ở Hy Lạp từ những năm 300 đến năm thứ nhất trớc CN, với sự phát triển của cơ cấu điều chỉnh bằng phao. Ví dụ nh đồng hồ nớc của Ktesibios v đèn dầu của Philon. Đến giữa thế kỷ 17 v 19, ở Châu Âu, nhiều máy móc quan trọng đ ợc tạo ra m sau n y tham gia v o cơ điện tử. Cornelis Drebbel (H Lan, 1572-1633) nghĩ ra máy điều chỉnh nhiệt độ đợc xem l hệ thống có phản hồi đầu tiên. Sau đó, Dennis Papin (1647-1712) sáng chế ra cơ cấu điều chỉnh an to n áp suất nồi hơi v o năm 1681. Máy tính cơ khí đầu tiên đợc tạo ra bởi Pascal v o năm 1642. Sự phát triển xa hơn trong tự động hóa đợc thúc đẩy bởi lý thuyết điều khiển tự động với khởi nguồn l máy điều tốc ly tâm của Watt v o năm 1769 (hình 1.1). Máy điều tốc ly tâm dùng để điều chỉnh tốc độ của động cơ hơi nớc. Nó dùng phép đo tốc độ của trục đầu ra v sử dụng sự chuyển động của quả văng để điều chỉnh van, do đó lợng hơi nớc v o động cơ đ ợc điều chỉnh. Đây l một thí dụ về hệ thống điều khiển có phản hồi m tín hiệu phản hồi v cơ cấu chấp h nh điều khiển đ ợc ghép ho n to n trong phần cứng cơ khí. Đến thế kỷ 19, h ng loạt các phát minh ra đời. Tiền thân của máy điều khiển số (NC) xuất hiện đầu thế kỷ 19 với điều khiển feed-forward khung dệt của Joseph Jacquard (Pháp). V o thập niên 1830, Michael Faraday miêu tả định luật cảm ứng l nền tảng của động cơ điện v máy phát điện. Sau đó, v o 3 !"# $%& những năm cuối thập niên 1880, Nikola Tesla phát minh ra động cơ điện xoay chiều. ý tởng cơ bản của việc điều khiển hệ thống cơ khí một cách tự động đợc thiết lập vững chắc v o cuối thế kỷ 19. Sự phát triển của tự động tăng lên nhanh chóng trong thế kỷ 20. Sự tiến triển của phần tử điều khiển khí nén v o những năm 1930 đã tìm đợc ứng dụng trong công nghiệp. Suốt thập niên 1940, sự tiến bộ trong phơng pháp giải tích v toán học củng cố khái niệm kỹ thuật điều khiển nh l môn học kỹ thuật độc lập. Thế chiến thứ 2 đem đến những bớc tiến trong lý thuyết v thực tiễn của điều khiển tự động nhằm thiết kế và xây dựng hệ thống dẫn đ - ờng máy bay tự động, hệ thống súng vị trí, hệ thống điều khiển anten rađa, và các hệ thống quân sự khác. Sự phức tạp của các hệ thống quân sự này mở ra các công nghệ điều khiển và cổ vũ sự quan tâm điều khiển hệ thống. Thập niên 1950, sự phát minh ra cam, các liên kết, và xích xe trở thành những công nghệ chính cho việc tìm ra các sản phẩm mới cũng nh sản xuất, lắp ráp với độ chính xác tốc độ cao. Sự phát minh ra bộ vi xử lý trong những năm cuối thập niên 1960 mang lại hình thái của điều khiển bằng máy tính trong xử lý và thiết kế sản phẩm. Những th nh tựu trong sản xuất bán dẫn và mạch tích hợp (IC) đem đến sự tiến bộ của một lớp các sản phẩm mới kết hợp chặt chẽ cơ khí và điện tử trong hệ thống đồng thời yêu cầu cả hai gắn chặt chức năng của chúng. Thuật ngữ cơ điện tử đợc đa ra bởi Yasakawa Electric Company v o năm 1969 để giới thiệu các hệ thống nh thế . Yasakawa đăng ký độc quyền thuật ngữ này vào năm 1972, nhng sau đó để dùng rộng rãi trên thế giới, thuật ngữ đó đợc phổ biến vào năm 1982. Ban đầu, cơ điện tử dùng để chỉ các hệ thống chỉ có các thành phần cơ khí và điện tử không yêu cầu sự tính toán. Ví dụ nh của trợt tự động, máy bán hàng tự động, hệ thống mở của nhà để ô tô. V o cuối thập niên 1970, Hội xúc tiến công nghiệp máy của Nhật (the Japan Society for the Promotion of Machine Industry JSPMI) phân chia sản phẩm cơ điện tử thành 4 loại: 1. Loại I: Các sản phẩm cơ khí là chính với sự kết hợp của điện tử để nâng cao chức năng. Ví dụ nh các công cụ máy đợc điều khiển số hoá và điều chỉnh tốc độ biến thiên trong máy sản xuất. 4 2. Loại II: Các hệ thống cơ khí truyền thống với sự hiện đại hoá đặc biệt các thiết bị bên trong bằng việc kết hợp điện tử. Giao diện ng- ời dùng bên ngo i không đổi. Ví dụ nh máy khâu hiện đại v các hệ thống sản xuất đợc tự động. 3. Loại III: Các hệ thống giữ lại chức năng của hệ thống cơ khí truyền thống nhng máy móc bên trong đợc thay thế bằng điện tử. Ví dụ nh đồng hồ số hóa. 4. Loại IV: Các sản phẩm đợc thiết kế với các công nghệ cơ khí v điện tử tích hợp hỗ trợ nhau. Ví dụ nh máy photocopy, máy l m khô v rửa thông minh, nồi cơm điện, v lò tự động. Các công nghệ cho mỗi loại sản phẩm cơ điện tử minh họa sự tiến bộ của các sản phẩm cơ - điện với bớc d i của những sự phát triển lý thuyết điều khiển, các công nghệ tính toán, v các bộ vi xử lý. Các sản phẩm loại I dùng công nghệ servo, điện tử công suất, lý thuyết điều khiển. Các sản phẩm loại II dùng khả năng của các thiết bị nhớ v o tính toán, khả năng thiết kế mạch theo đơn đặt h ng. Các sản phẩm loại III dựa v o bộ vi xử lý v các mạch tích hợp thay thế các hệ thống cơ khí. Cuối cùng, các sản phẩm loại IV đánh dấu sự bắt đầu của hệ thống cơ điện tử thực sự, thông qua sự tích hợp các hệ thống cơ khí v điện tử. Đến tận những năm 1970 với sự phát triển bộ vi xử lý của Intel thì việc kết hợp hệ thống máy tính với hệ thống cơ khí mới trở nên thực tế. Sang thập niên 1980, công nghệ thông tin đợc hình th nh thì các bộ vi xử lý đợc nhúng v o trong các hệ thống cơ khí để nâng cao tính năng của hệ thống. Máy công cụ điều khiển số v robot trở nên ho n hảo hơn, trong khi đó các ứng dụng trong ôtô nh hệ thống điều khiển động cơ điện tử v hệ thống phanh chống bó cứng đợc dùng rộng rãi. Trong thập niên 1990, công nghệ truyền thông đợc đa v o các sản phẩm cơ điện tử l m chúng có khả năng kết nối trong mạng rộng. Sự phát triển n y mang đến những chức năng mới nh điều khiển cánh tay robot từ xa. Trong thời gian n y, các công nghệ sensor v actuator mới, nhỏ hơn thậm chí cấp độ micro đợc dùng ng y c ng nhiều trong các sản phẩm mới. Hệ thống vi cơ- điện nh vi gia tốc kế silicon dùng để khởi động túi khí ôtô l một ví dụ mới nhất. 5 Sự phát triển của cơ điện tử đến giai đoạn n y tạo nên một hệ nhất quán v l một giai đoạn phát triển về chất chứ không đơn thuần chỉ l sự phát triển rầm rộ về số lợng. Máy tính v các chíp vi xử lý đó mạnh v rẻ để có thể nhúng v o các sản phẩm cùng với các công nghệ cao khác nh sensor, actuator, công nghệ phần mềm, công nghệ điều khiển số hiện đại cho ra những sản phẩm thông minh. Các chức năng của máy móc v hệ thống kỹ thuật hiện nay phụ thuộc chủ yếu v o phần mềm có thể l một thuật toán, mạng nơron, hệ mờ trong máy tính của sản phẩm. Nh vậy cơ điện tử l một công nghệ tổng hợp ng y c ng nhiều các công nghệ khác trong nó để có thể có đ ợc các sản phẩm ng y c ng ho n hảo hơn. '(") Xu thế phát triển của cơ điện tử l tích hợp trong đó ng y c ng nhiều công nghệ cao, trí tuệ của sản phẩm ng y c ng thông minh hơn v kích th ớc ng y c ng nhỏ hơn. Một số công nghệ mới đóng vai trò quan trọng trong các sản phẩm v hệ thống cơ điện tử trong thời gian tới l công nghệ mạng máy tính nhúng v công nghệ vật liệu mới. Với công nghệ mạng máy tính nhúng, các sản phẩm cơ điện tử sẽ có chức năng hội thoại v hợp tác phối hợp thực hiện đ ợc nhiều nhiệm vụ có độ phức tạp cao hoặc đồng thời ở nhiều địa điểm trên diện rộng. Công nghệ vật liệu mới cho ta nhiều vật liệu có đặc tính nh điều khiển đợc hoặc có khả năng biến dạng để chế tạo các cơ cấu chấp h nh hoặc cấu trúc cơ khí không gian 3 chiều phong phú cho các sản phẩm cơ điện tử. Công nghệ micro/nano nhằm thu nhỏ các thiết bị máy móc xuống kích thớc của phân tử cho các sản phẩm công nghệ trong tơng lai. Với việc điều khiển chính xác các nguyên tử v phân tử, con ng ời có thể chế tạo ra các cảm biến mới, các vật liệu nhân tạo thông minh, bộ nhớ có dung lợng terabyte (10 12 byte), các robot/máy kích thớc micro, các hệ thống thông minh cực nhỏ v.v Tuy nhiên công nghệ nano còn nhiều thách thức m hiện nay con ng ời cha giải quyết đợc. Sự hiểu biết cơ chế hoạt động, điều khiển ở kích thớc nano còn cha ho n hảo, công nghệ điều khiển nano còn ch a phát triển. Các nghiên cứu về micro/nano mechatronics mới đang ở giai đoạn đầu. 6 #*+","- #*+.)" ! / #*+.)!" *0/ mô tơ một chiều (1870) mô tơ xoay chiều (1889) 1233 động cơ hơi nớc 1860 máy phát điện 1870 bơm tuần ho n 1880 động cơ đốt 1880 máy chữ cơ khí máy công cụ bơm 23 rơle, sôlênôit khuếch đại điện, thuỷ lực, khí nộn bộ điều chỉnh PI (1930) 2'4 máy chữ điện #*+.) 5!"*6708 5!"*9: 244 transistor (1948) thyristor (1955) tua bin hơi nớc máy bay thang máy điều khiển bằng điện tử #*+.) 5!"*#;< 5!"*9: # 2=4 máy tính số hóa (1955) máy tính xử lý (1959) phần mềm thời gian thực (1966) máy vi tính (1971) tự động hóa phân quyền số (1975) # 5+>,?*+@ 5,%!%A?B 5C<D*D%)E*F"G HI 5*JB!"# 2K4 bộ vi điều chỉnh (1978) máy tính cá nhân (1980) hệ thống process/fieldbus các cơ cấu điều khiển, cảm biến mới sự tích hợp các th nh phần công cụ máy robot công nghiệp dây truyền công nghiệp truyền động đĩa robot di động CIM phơng vị từ điều khiển ôtô (ABS, ESP) Chiều tăng truyền động điện Chiều tăng điều khiển tự động Chiều tăng tự động hóa với máy tính quá trình v sự thu nhỏ Chiều tăng sự tích hợp của xử lý v máy vi tính #*+LL #*+L. Xu thế nhỏ hóa các thiết bị máy móc đang l xu h ớng tiến hóa các sản phẩm ở hầu hết các sản phẩm công nghiệp nh các thiết bị điện tử gia dụng (máy điều ho , lò vi sóng, máy giặt, ), các thiết bị truyền thông, các thiết bị y tế, các phơng tiện giao thông, các hệ thống điều khiển, các dây chuyền công nghệ Sự phát triển của công nghệ vi điện tử ng y c ng nhỏ với chức năng ng y c ng mạnh v giá th nh ng y c ng rẻ cho thấy khả năng phát triển của các sản phẩm nhỏ gọn v có nhiều tính năng phong phú, v ợt trội. Xu thế thông minh hóa các sản phẩm cơ điện tử đợc thể hiện ở việc phát triển trí thông minh cho các sản phẩm. Các nghiên cứu về trí tuệ nhân tạo, mạng nơron, hệ chuyên gia, giải thuật gen, các phơng pháp xử lý song song đang l h ớng nghiên cứu thời sự cho các hệ điều khiển thông minh áp dụng cho các sản phẩm cơ điện tử tơng lai. V với việc xử lý trong thời gian thực các tín hiệu của cảm biến âm thanh, hình ảnh, tiếng nói, các cảm biến tiếp xúc nh lực, mômen v.v sẽ tạo ra các sản phẩm cơ điện tử có khả năng đối thoại v tự suy diễn, ra quyết định, tự thích nghi với môi tr ờng nh những sinh vật sống. MNJO*F"G# Mặc dù không thống nhất trong việc tìm ra định nghĩa chính thức về cơ điện tử nhng tất cả các định nghĩa trên đều đồng ý rằng cơ điện tử l một lĩnh vực liên ng nh, với các chuyên ng nh nh sau (Hình 1.3): 7 Công nghệ thông tin Cơ khí Điện tử Cơ điện tử 'E%#P".)L *+.CC Các hệ thống cơ khí (các phần tử cơ khí, máy móc, cơ học chính xác); Các hệ thống điện tử (vi điện tử ,điện tử công suất, công nghệ cảm biến v điều khiển). Công nghệ thông tin (lý thuyết hệ thống, kỹ thuật tự động, công nghệ phần mềm, trí tuệ nhân tạo). Nếu nhìn trên mô hình 1.3, ngời ta dễ lầm tởng hệ thống cơ điện tử chỉ l sự tích hợp của 3 chuyên ng nh l cơ khí, điện tử v công nghệ thông tin. Đó cũng l quan niệm thủa ban đầu về cơ điện tử. Giờ đây các ng nh công nghệ đó xích lại gần nhau, giao nhau v tạo ra các liên ng nh mới. Cơ khí v điện tử đó gắn kết với nhau tạo nên các chuyên ng nh đo l ờng, điều khiển, điều chỉnh, cảm biến. Điện tử v công nghệ thông tin liên kết tạo th nh chuyên ng nh kỹ thuật tính toán quá trình. Công nghệ thông tin v cơ khí giao nhau tạo nên chuyên ng nh mô hình hóa. Khi đó cần phải hiểu lĩnh vực cơ điện tử nh trên Hình 1.4. Có thể thấy nếu hiểu cơ điện tử chỉ l sự kết hợp đơn thuần của 3 ng nh cơ khí, điện điện tử, công nghệ thông tin thì biên dạng của lĩnh vực cơ điện tử chỉ l 3 điểm rời rạc. V nh thế lĩnh vực cơ điện tử không thể tách riêng ra th nh một chuyên ng nh độc lập. Ng ời ta cũng không thể thấy sự thống nhất trong cơ điện tử m trong sự thống nhất đó các yếu tố cơ khí, điện điện tử v công nghệ thông tin phải gắn kết với nhau, tác động qua lại hữu cơ với nhau tạo th nh cơ thể sống cơ điện tử. Nh vậy cơ điện tử đầy đủ phải nh trên mô hình 1.4. ở đó, với sự tham gia của đo lờng, điều khiển, điều chỉnh, cảm biến, kỹ thuật tính toán quá trình, mô hình hóa; cơ điện tử mới có một biên dạng khép kín. V khi đó cơ điện tử mới tách ra khỏi các chuyên ng nh, công nghệ trên trở th nh một chuyên ng nh, công nghệ độc lập. Việc các chuyên ng nh cơ khí, điện điện tử, công nghệ thông tin biến đổi v kết hợp với nhau tạo nên phần xơng thịt hu cơ trong cơ điện tử. ở trong cơ thể sống đó tồn tại 3 dòng máu lu thông: dòng lu thông vật chất, dòng lu thông năng lợng, dòng lu thông thông tin. 8 MQD"G Tóm lại, trong chơng đầu tiên n y, chúng ta đã có đ ợc cái nhìn đầu tiên về cơ điện tử. Quan niệm, lịch sử phát triển cũng nh xu hớng tơng lai của nó. Cơ điện tử l một lĩnh vực tự nhiên trong quá trình tiến hóa của kỹ thuật hiện đại. Mặc dù cha có một định nghĩa ho n thiện về cơ điện tử nh ng trong thực tế nó không cần thiết. Có thể hiểu cơ điện tử l sự tích hợp đa ng nh kỹ thuật trong đó có 3 ng nh chính l cơ khí, điện - điện tử v công nghệ thông tin. Nh đã thấy cơ điện tử đã đi v o cuộc sống v sản xuất với ng y c ng nhiều công nghệ đợc tích hợp trong nó. Có thể nói tơng lai của cơ điện tử đang mở rộng v nó đang v sẽ chiếm vị trí quan trọng trong công nghệ mai sau. 9 R %/S.0" ;%C*D# *F"G Chơng 2: Giới thiệu về robot TEU#EUE Định nghĩa: Robot là cơ cấu chấp hành đa chức năng tái lập trình, đợc thiết kế để chuyển tải vật t, công cụ hoặc các thiết bị chuyên biệt, thông qua các chuyển động đợc lập trình để thực hiện các tác vụ khác nhau. Định nghĩa này bao gồm các cơ cấu chấp hành, các tay máy điều khiển số, các máy di chuyển, và ngời máy của khoa học viễn tởng. Lịch sử phát triển: Thuật ngữ robot xuất hiện vào năm 1923, nhng sự phát triển của robot công nghiệp chỉ bắt đầu vào cuối những năm 1940. Robot công nghiệp ban đầu đợc dùng để chuyển tải các vật liệu nguy hiểm, đợc dùng trong thám hiểm không gian, và sau đó đợc dùng trong tự động hoá linh hoạt. Cuối năm 1940, cơ cấu chấp hành chính phụ xuất hiện đợc dùng để chuyển tải các vật liệu phóng xạ. Cơ cấu chính đợc ngời hớng dẫn thao tác cơ cấu phụ sao chép chuyển động của cơ cấu chính tại vị trí xa. Sự hồi tiếp lực có thể phối hợp để công nhân có thể nhận biết các tín hiệu tải của cơ cấu phụ. Vào cuối năm 1950, cơ cấu lập trình bắt đầu xuất hiện và đợc cải tiến liên tục. Đặc tính quan trọng của robot công nghiệp là phối hợp bộ điều khiển dựa trên máy tính hoặc bộ vi xử lý với các cảm biến hồi tiếp để đạt đợc khả năng lập trình đa chức năng. Vào cuối năm 1960, cơ cấu chấp hành robot đợc trang bị hệ thống thị giác và các bộ cảm biến đặc biệt có tính năng mô phỏng thị giác của con ngời, chúng có khả năng thực hiện các công đoạn lắp ráp của con ngời. Trong những năm 80 robot công nghiệp đã có bớc phát triển mạnh mẽ, do các yêu cầu cao về tự động linh hoạt và kinh tế trong thám hiểm không gian và công nghiệp ôtô. Vào đầu những năm 90, nhiều công ty ở Bắc Mỹ, Châu Âu Nhật đã sử dụng rộng rãi robot trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Trong những năm gần đây robot công nghiệp chủ yếu đợc dùng cho các thao tác lặp lại nhiều lần và trong các môi trờng nguy hiểm. Các thao tác lặp lại nhiều lần bao gồm chuyển tải vật t, xếp dỡ các chi tiêt máy lắp ráp các bộ phận thành cụm máy. Các ứng dụng trong môi trơng nguy hiểm bao gồm chuyển tải vật liêu phóng xạ, thám hiểm không gian và đáy biển, hàn điểm phun sơn 10 [...]... nghiệp 2.1.3 Robot lai ghép (Hybrid Robot) Ngoài hai dạng Robot chính là Robot chuỗi và Robot song song, ng ời ta cong phát triển loại Robot kết hợp cả hai dạng trên trong một hệ thống Robot chung và tạ thành Robot lai ghép Đặc điểm nổi bật của dạng Robot này bao gồm khoảng không làm việc lớn và độ linh hoạt cao hơn so với loại Robot song song hoàn toàn và cũng cứng vững hơn so với loại Robot chuỗi... phức tạp - Cơ cấu chuỗi ghép với cơ cấu song song: Một hệ thống song song gắn trên một cơ cấu chuỗi Loại Robot này tổng hợp đợc u điểm về khoảng không làm việc lớn và độ linh hoạt cao của cơ cấu chuỗi thứ nhất lần độ cứng vững cao và độ chính xác vị trí của cơ cấu song song thứ hai - Cơ cấu song song ghép với cơ cấu chuỗi: Một tay máy cơ cấu chuỗi gắn trên một hệ thống cơ cấu song song Một Robot 6-DOF... từ một cơ cấu chuỗi 3-DOF gắn trên bệ di động của một cơ cấu song song 3-DOF khác Bằng cách tính toán và điều khiển riêng biệt sau đó tổng hợp với nhau, động học của hệ thống này đợc xác định và tính toán rất đơn giản 2.1.4 Robot di động Hình 2.10 Robot di động bằng bánh xe Hình 2.11 Robot di động bằng chân Có thể nói rằng, các Robot di động thực chất là các ôtô hay xe tự động, tức là các bánh xe có... tiết lên mặt phẳng Robot 4 bậc tự do là đủ Robot loại Fanuc (Hình 2.21) có cơ cấu chấp hành đa năng với 6 bậc tự do 2.3.2 Phân loại theo cấu trúc động học Robot đợc gọi là robot nối tiếp với cơ cấu chấp hành vòng hở nếu cấu trúc động học có dạng chuỗi vòng hở, robot song song nếu có chuỗi vòng kín và robot lai nếu có cả chuỗi vòng kín và hở Hầu hết các kỹ s đều coi Fanuc (Hình 2.21) là robot nối tiếp,... trong thực tế đây là cơ cấu chấp hành lai do phối hợp 4 khâu bản lề (thanh đẩy) để truyền động khớp thứ ba Nhiều robot công nghiệp sử dụng kiểu cấu trúc này do có thể lắp động cơ thứ ba để giảm quán tính của cơ cấu chấp hành Nói chung, robot song song có u điểm độ cứng vững cao hơn, khả năng tải lớn hơn và quán tính thấp hơn so với cơ cấu nối tiếp, nhng không gian làm việc nhỏ hơn và cơ cấu phức tạp hơn... gọi là cơ cấu chấp hành truyền động trực tiếp Việc dùng hộp giảm tốc cho phép sử dụng động cơ nhỏ hơn, do đó làm giảm quán tính của cơ cấu chấp hành Tuy nhiên, độ lệch hoặc lắc của các cơ cấu bánh răng trong hộp giảm tốc có thể gây ra sai số vị trí ở bộ phận tác động Kỹ thuật truyền động trực tiếp khắc phục đợc vấn đề về bánh răng và có thể 25 tăng tốc độ cho cơ cấu chấp hành Tuy nhiên các động cơ truyền... nhất định khi so sánh với các Robot chuỗi nh: - Khoảng không gian làm việc nhỏ - Việc giải các bài toán động học, động lực học phức tạp - Có nhiều điểm suy biến (kỳ dị) trong không gian làm việc Nhìn chung, ta có thể so sánh Robot song song và Robot chuỗi theo một số chỉ tiêu qua bảng dới đây: Tính năng Độ chính xác Không gian làm việc Độ cứng vững Tỷ số tải/khối lợng Tải trọng quán tính Tốc độ làm... thụ động Ví dụ 2.1 Cơ cấu không gian Stewart Gough Hình 2.19 minh họa cơ cấu không gian, trong đó nền chuyển động đợc nối vào đế cố định với sáu nhánh mở rộng bằng các khớp cầu Mỗi nhánh gồm hai khâu hai chiều nối 21 bằng khớp lăng trụ Cấu trúc này đợc gọi là nhánh SPS Do sự phối hợp SPS, có một bậc tự do thụ động ở từng nhánh Do = 6, j1 = 6, j3 = 12, và fp = 6, số bậc tự do của cơ cấu đợc tính từ... chuyển các cơ cấu chấp hành có khối lợng lớn và do vậy chúng có hiệu suất tải tơng ứng thấp Hình 2.1 Cấu trúc tiêu biểu của một Robot chuỗi 11 Hình 2.2 Robot PUMA Hình 2.3 Robot SCARA Hình 2.4 Robot T3 Một số Robot chuỗi đợc giới thiệu trong các Hình 2.2, Hình 2.3 và Hình 2.4 Thông thờng cần có 6 bậc tự do để đặt một vật vào vị trí và h ớng đúng theo yêu cầu vào trong khoảng không gian phục vụ của Robot. .. thiệu một loại Robot lai ghép 24-DOF đợc phát triển để làm việc trong các nhà máy nguyên tử có tên là Logabex Hình 2.9 Mô hình Robot lai ghép 24-DOF (Logabex) Các dạng Robot lai ghép đợc cấu hình trực tiếp từ các chuỗi động học song song và chuỗi, chúng bao gồm: 14 - Cơ cấu song song ghép với cơ cấu song song: Hai hệ thống song song nối với nhau theo chuỗi Cấu trúc này cứng vững hơn Robot chuỗi song . về cơ điện tử nhng tất cả các định nghĩa trên đều đồng ý rằng cơ điện tử l một lĩnh vực liên ng nh, với các chuyên ng nh nh sau (Hình 1.3): 7 Công nghệ thông tin Cơ khí Điện tử Cơ điện tử 'E%#P".)L *+.CC . cơ điện tử m trong sự thống nhất đó các yếu tố cơ khí, điện điện tử v công nghệ thông tin phải gắn kết với nhau, tác động qua lại hữu cơ với nhau tạo th nh cơ thể sống cơ điện tử. Nh vậy cơ. ho n to n cơ điện tử. Hiện nay, thế giới tiếp tục có những cố gắng để định nghĩa cơ điện tử, để phân loại các sản phẩm cơ điện tử v để phát triển một ch - ơng trình giảng dạy cơ điện tử chuẩn.