Nghiên ứu tíh hợp robot ông nghiệp trong hệ thống sản xuất

Trong tác phẩm này nhân vật Rossum và con trai của ông đã tạo ra nhứng chiếc máy gần giống như con người để hầu hạ con người.Năm 1950 cùng với sự phát triển của kỹ thuật điều khiển theo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

- - - -     

LÊ GIANG NAM

NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP RÔ BỐT CÔNG NGHIỆP

TRONG HỆ THỐNG SẢN XUẤT

Chuyên ngành: Cơ điện tử

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

2.2.3 Phương pháp điều khiển hoạt động của rô bốt 57

2.3 Kết luận 63

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn với đề tài: “Nghiên cứu tích hợp rô bốt công nghiệp trong hệ thống sản xuất” do tôi tự thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS TS Phạm Văn Hùng, TS Lê Giang Nam Các số liệu và kết quả hoàn

toàn trung thực

Ngoài các tài liệu tham khảo đã dẫn ra ở cuối sách, tôi đảm bảo rằng không sao chép các công trình của người khác Nếu phát hiện có sự sai phạm với điều cam đoan trên, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Học viên thực hiện

Lê Giang Nam

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

1 Bảng 1.1 : Số lượng rô bốt được sử dụng ở các nước

2 Bảng 2.1 : Thông số góc quay các khớp của rô bốt Kuka KR 6/2

3 Bảng 2.2 : Các thông số động học của rô bốt Kuka KR 6/2

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ,

1 Hình 1.1 : Mô hình sử dụng rô bốt trong công nghiệp

2 Hình 1.2 : Rô bốttham gia vào công việc phun sơn trong công nghiệp

3 Hình 1.3 : Rô bốt xe lăn điều khiển tự động

4 Hình 1.4 : Rô bốt tham gia lắp rắpvũ trụ

5 Hình 1.5 : Sơ đồ động học của rô bốt tọa độ vuông góc

6 Hình 1.6 : Sơ đồ động học của rô bốt tọa độ trụ

7 Hình 2.1 : Biểu đồ phát triển của Rô bốt Kuka

8 Hình 2.2 : Câc chủng loại rô bốt và tải trọng của Rô bốt Kuka

9 Hình 2.3 : Rô bốt trượt trên băng tải

10 Hình 2.4 : Rô bốt trượt treo trên dầm

11 Hình 2.5 : Sơ đồ bố trí tọa độ các thông số động học của rô bốt Kuka

12 Hình 2.6 : Các trục toạ độ trên cánh tay rô bốt

13 Hình 2.7 : Sơ đồ khảo sát rô bốt Kuka

14 Hình 2.8 : Các khâu của cánh tay rô bốt Kuka

15 Hình 2.9 : Khớp nối các khâu của rô bốt

16 Hình 2.10 : Một số hình ảnh về các công đoạn lắp ráp rô bốt

17 Hình 2.11 : Các loại rô bốt Kuka

18 Hình 2.12 : Truyền động dùng khí nén

19 Hình 2.13 : Động cơ servo

20 Hình 2.14 : Một số loại tay gắp của rô bốt

21 Hình 2.15 : Sơ đồ hệ thống khí nén điều chỉnh các ngón tay của tay kẹp

22 Hình 2.16 : Các trạng thái mỏ kẹp

23 Hình 2.17 : Hệ thống Rô bốt sử dụng cảm biến hình ảnh (Camera)

24 Hình 2.18 : Cấu trúc điều khiển của rô bốt

25 Hình 2.19 : Tủ điều khiển với bộ phận PC

26 Hình 2.20 : Tủ điều khiển và các BUS

27 Hình 2.21 : Điều khiển rô bốt với thiết bị camera

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

28 Hình 2.22 : KUKA Control Panel (KCP)

36 Hình 2.30 : Rô bốt nâng tải

37 Hình 2.31 : Rô bốt vận chuyển phôi

38 Hình 2.32 : Rô bốt trong phân xưởng đúc

39 Hình 2.33 : Giao diện phần mềm Sim Layout

40 Hình 3.1 : Bảng điều khiển teach pendant

41 Hình 3.2 : Bảng hệ thống chữ cái ASCII

42 Hình 3.3 : Khóa điều khiển của rô bốt

43 Hình 3.4 : Cửa sổ của chương trình

44 Hình 3.5 : Chuyển đổi các cửa sổ

53 Hình 3.14 : Hệ tọa độ đề các cố định gốc tại tâm của dụng cụ

54 Hình 3.15 : Hệ tọa độ đề các cố định gốc tại phôi

55 Hình 3.16 : Các trục chuyển động của rô bốt Kuka

56 Hình 3.17 : Cách gọi và trả lại chương trình con cho chương trình chính

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

PHẦN MỞ ĐẦU1.1 Đặt vấn đề

Nhu cầu cạnh tranh trên thị trường luôn đòi hỏi các nhà sản xuất phải thường xuyên thay đổi mẫu mã, kích cỡ và thường xuyên cải tiến để nâng cao chất lượng sản phẩm Sự cạnh tranh hàng hóa đặt ra một vấn đề là phải có hệ thống thiết bị sản xuất có thể dễ dàng thay đổi linh hoạt để có thể đáp ứng với nhu cầu thường xuyên thay đổi của thị trường Nhờ sự phát triển của kỹ thuật số và công nghệ thông tin, khả năng “mềm hóa” các hệ thống thiết bị sản xuất được thực hiện Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS ra đời, đây là phương thức sản xuất hiện đại, có ưu điểm cơ bản

là các thiết bị chủ yếu của hệ thống chỉ đầu tư một lần, còn việc đáp ứng lại sự thay đổi sản phẩm là bằng phần mềm máy tính Hệ thống FMS rất hiện đại nhưng lại thích hợp với quy mô sản xuất vừa và nhỏ Ngày nay, ở các nước phát triển, các hệ thống FMS có xu hướng thay thế dần các hệ thống thiết bị tự động “cứng” sảnxuất hàng loạt lớn sản phẩm Các hệ thống thiết bị tự động cứng này rất đắt tiền mà khi cần thiết phải thay đổi theo yêu cầu sản phẩm thì phải đổi mới gần như hoàn toàn thiết bị Như vậy, các hệ thống thiết bị tự động cứng nhanh chóng trở nên lạc hậu vì

không thích nghi được với thị trường đầy biến động

Ý tưởng chủ đạo trong việc tổ chức hệ thống sản xuất hiện đại linh hoạt là “linh

hoạt hóa” và “môđun hóa” Một hệ thống sản xuất linh hoạt có thể gồm nhiều môđun linh hoạt Một trong những hệ thống như vậy là hệ thống CIM hệ thống – tích hợp sản xuất dùng máy tính

Để tạo ra những môđun sản xuất linh hoạt như vậy, sự có mặt của rô bốt là cần thiết

và không thể thiếu, rô bốt như là một bộ phận cấu thành Ở đây, rôbôt làm những công việc chuyển tiếp giữa các máy công tác (cấp thoát phôi và dụng cụ cắt cho các trung tâm gia công), vận chuyển trong phân xưởng, thao tác trong kho tự động v.v Việt Nam đang trong quá trình hội nhập, nền công nghiệp đòi hỏi phải có các bước tiến phù hợp Việc ngày càng có nhiều nhà máy ứng dụng các công nghệ hiện đại vào sản xuất như các dây chuyền sản xuất tự động, các rô bốt công nghiệp đòi hỏi khả năng khai thác hiệu quả cũng như mở rộng khả năng các thiết bị này là rất cần thiết

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Để góp phần vào việc nghiên cứu và ứng dụng R ô bốt công nghiệp trong các hệ thống sản xuất người nghiên cứu đã chọn đề tài: “Nghiên cứu tích hợp rô bốt công nghiệp trong hệ thống sản xuất”

1.3 Nội dung nghiên cứu và giới hạn của đề tài

- Tích hợp Rô bốt Kuka trong các hệ thống sản xuất tự động hóa

- Lập trình điều khiển và mô phỏng rô bốt Kuka trong các hệ thống sản xuất tự động hoá

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng rô bốt công nghiệp với phần mềm chuyên dụng

- Tham khảo các tài liệu hướng dẫn rô bốt Kuka và các tài liệu khoa học khác

- Nghiên cứu ứng dụng của phần mềm Kuka Simlayout trong mô phỏng

Với sự cố gắng, nỗ lực của bản thân và sự hướng dẫn tận tình của PGS TS

Phạm Văn Hùng, TS Lê Giang Nam tôi đã hoàn thành luận văn thạc sỹ khoa học

chuyên ngành Cơ điện tử của mình với đề tài “Nghiên cứu tích hợp rô bốt công

nghiệp trong hệ thống sản xuất” Tuy nhiên, trong quá trình nghiên cứu khó tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong được các thầy, cô chỉ bảo thêm để bản luận văn hoàn thiện hơn và trở thành một tài liệu tham khảo hữu ích cho việc ứng dụng rô bốt công nghiệp trong sản xuất

Tôi xin chân thành cảm ơn PGS TS Phạm Văn Hùng, TS Lê Giang Nam các

thầy cô trong bộ môn Máy & Ma sát học – Viện Cơ khí Trường Đại học Bách – Khoa Hà Nội đã hướng dẫn, giúp đỡ và động viên tôi hoàn thành luận văn này

Hà Nội, ngày tháng năm 2011

Học viên

Lê Giang Nam

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ RÔ BỐT CÔNG NGHIỆP

1.1 Lịch sử ra đời và phát triển của Rô bốt.

Ngày nay trong sản xuất, việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm là hết sức quan trọng, giải pháp cho vấn đề này là ứng dụng rộng rãi các phương tiện tự động hoá trong các quá trình sản xuất u hướng tạo ra những dây chuyền và thiết X

bị tự động có tính linh hoạt cao đã đạt được khá nhiều kết quả khả quan Chính vì thế nhu cầu ứng dụng rô bốt để tạo ra các hệ thống tự động linh hoạt ngày càng trở nên cấp thiết

Thuật ngữ “Rô bốt” lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1922 trong tác phẩm

“Rossum’s Universal Rô bốt” của nhà văn Tiệp Khắc có tên là Karel Capek Theo tiếng Séc thì Rô bốt là người làm tạp dịch Trong tác phẩm này nhân vật Rossum và con trai của ông đã tạo ra nhứng chiếc máy gần giống như con người

để hầu hạ con người

Năm 1950 cùng với sự phát triển của kỹ thuật điều khiển theo chương trình số với chỗ dựa là các cơ cấu điều phối vô cấp (servo mechanism) và các hệ điện toán (computation), ngay lập tức các ý tưởng kết hợp hệ điều khiển NC với các cơ cấu điều khiển từ xa đã được hình thành và triển khai nghiên cứu…Sự kết hợp tuyệt vời giữa khả năng linh hoạt khéo léo của teleoperator với độ nhạy bén của hệ điều khiển NC đã đưa ra kết quả là một thế hệ máy móc tự động mới ra đời với tên gọi “Người máy” Năm 1961, Mỹ cho ra thị trường một loại máy tự động vạn năng mới được gọi là người may công nghiệp có tên là UNMAT Từ đây công nghiệp chế tạo Rô bốt tiếp tục phát triển mạnh hơn nữa trên khắp thế giới Tiếp sau đó, các nước Anh (1967), Thụy Điển, Nhật Bản (1968), Đức (1971), Pháp (1972), Italia (1973) lần lượt đưa ra các mẫu Rô bốt công nghiệp của họ Cho đến năm 1980, thế giới công nghiệp có khoảng 300 mẫu hình Rô bốt công nghiệp của hơn 200 công ty

Dưới đây là tình hình phát triển Rô bốt công nghiệp ở một số nước công nghiệp

phát triển:

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Nước sản xuất Năm 1990 Năm 1994 Năm 1998

• Nguy hiểm (Dangerous),

• Nhàm chán - buồn tẻ đối với công nhân (Dull)

- Sản xuất, lắp ráp, hàn, phun sơn, gia công, vận chuyển phôi:

• Các ứng dụng trong công nghệ bám dính, làm kín, bảo quản

Ngày nay, rô bốt được sử dụng rộng rãi không chỉ trong công nghiệp mà trong rất nhiều các lĩnh vực khác của cuộc sống như nghiên cứu khoa học, vũ trụ, trong lĩnh vực giải trí, điện ảnh và đặc biệt là trong đời sống hàng ngay rô bốt cũng ngày càng tham gia nhiều vào các công việc gia đình tại các nước phát triển Tuy nhiên, trong công nghiệp rô bốt vẫn được sử dụng nhiều nhất bởi tính đa năng, linh hoạt và không biết mệt mỏi của nó Rô bốt được sử dụng thay thế giải phóng con người trong các công việc nguy hiểm, nhàm chán, buồn tẻ và trong môi trường làm việc ô nhiễm, bẩn

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Như vậy có thể nói khả năng của rô bốt là vô cùng to lớn, nó có khả năng thay , thế con người ở rất nhiều các công việc Chính vì thế tiềm năng phát triển của Rô bốt công nghiệp trong tương lai còn rất lớn

1.2 Hướng phát triển của Rô bốt trong tương lai.

Ra đời từ những năm 50, rô bốt công nghiệp đã có những bước phát triển quan trọng Từ những năm 1960 do sự phát hiện máy vi tính Rô bốt công nghiệp đã tiếp thu được thành tựu mới đó và ngày càng hấp dẫn Cao trào phát triển vào những năm 70 và đánh dấu bằng hội nghị quốc tế lần thứ 6 về Thiết kế chế tạo và ứng dụng Rô bốt công

nghiệp tại Chicago năm 1972, sau đó lại lắng dần xuống, nhất là sau khủng hoảng dầu

mỏ 1975, như để rút kinh nghiệp áp dụng vào chỗ nào là phát huy hiệu quả hơn Đến những năm 80 thì xuất hiện nhu cầu hình thành các hệ thống sản xuất linh hoạt FMS ( Flexible Manufacturing System) mà Rô bốt như là bộ phận cấu thành FMS Nhu cầu

đó kích thích sự phát triển của Rô bốt công nghiệp Trong năm 90 Rô bốt công nghiệp cũng có bước phát triển mới theo hướng đồng bộ hệ thống trên cơ sỏ vận dụng những thành tựu của công nghệ thông tin ứng dụng

Bản thân phần kỹ thuật Rô bốt công nghiệp cũng thể hiện các xu thế phát triển sau đây:Trong giai đoạn đầu phát triển, người ta rất quan tâm đến việc tạo ra những cơ cấu tay máy nhiều bậc tự do, được trang bị nhiều loại cảm biến (sensor) để có thể thực hiện được những công việc phức tạp, như là để chứng tỏ khả năng thay thế con người trong nhiều loại hình công việc

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Khi đã tìm được các địa chỉ ứng dụng trong công nghiệp, thì việc đơn giản hoá kết cấu để tăng độ chính xác định vị và giảm giá thành đầu tư lại là những yêu cầu thực

tế đối với thị trường hành hoá cạnh tranh Ngày càng có nhiều cải tiến trong kết cấu các bộ phận chấp hành, tăng độ tin cậy của các thiết bị điều khiển, tăng mức thuận tiện và dễ dàng khi lập trình

Để mở rộng phạm vi ứng dụng cho Rô bốt công nghiệp nhằm thay thế lao động với nhiều loại hình công việc, ngày càng rõ nét về xu thế tăng cường khả năng nhận biết và xử lý tín hiệu từ môi trường làm việc Các thành tựu khoa học và tiến bộ kỹ thuật laser, kỹ thuật tia hồng ngoại, kỹ thuật xử lý ảnh đã ngày càng hiện thực xu thế phát triển Rô bốt công nghiệp hướng vào việc thích nghi được với môi trường làm việc

Cùng với các xu thế trên Rô bốt công nghiệp luôn luôn được định hướng tăng cường năng lực xử lý công việc để trở thành các Rô bốt tinh khôn nhờ áp dụng các kết quả nghiên cứu về hệ điều khiển nơron và trí khôn nhân tạo

Dưới đây là một vài hình ảnh thể hiện khả năng của rô bốt:

Hình 1.2: Rô bốt tham gia vào công việc phun sơn trong công nghiệp

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Từ những ví dụ trên có thể thấy việc ứng dụng rô bốt đã mang lại rất nhiều hiệu quả:

- Trong công nghiệp năng suất lao động và chất lượng sản phẩm khi có sử dụng rô bốt cao hơn hẳn nhờ khả năng làm việc lâu dài ổn định không biết mệt mỏi của rô bốt Con người được giải phóng khỏi những công việc nhàm chán, giải phóng khỏi những môi trường làm việc độc hại Rô bốt có thể làm việc liên tục 24h một ngày, cho phép làm việc gấp 3 người thường và có thể làm được rất nhiều công việc khác nhau mà không mất nhiều công sức đào tạo mỗi khi làm công việc mới chính vì thể

rô bốt góp phần giảm giá thành sản phẩm

- Rô bốt có thể làm việc trong một chu kỳ hay một ca làm việc với một độ chính xác nhất định, trong nhiều lĩnh vực khả năng làm việc tốt hơn nhiều so với con người Ngoài ra, trong các lĩnh vực khác, rô bốt cũng có rất nhiều đóng góp nhằm cải thiện chất lượng cuộc sống con người ngày một tốt hơn

1.3 Phân loại rô bốt công nghiệp

Trong công nghiệp người ta sử dụng những đặc điểm khác nhau cơ bản nhất của

rô bốt để giúp cho việc nhận xét được dễ dàng Có 4 yếu tố chính để phân loại rô bốtnhư sau:

vũ trụ

tự động

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

- Theo dạng hình học của không gian hoạt động

- Theo thế hệ rô bốt

- Theo bộ điều khiển

- Theo nguồn dẫn động

1.3.1 Phân loại Rô bốt theo số bậc tự do trong trường công tác

Để dịch chuyển khâu tác động cuối cùng của rô bốt đến vị trí của đối tượng thao tác được cho trước trong không gian làm việc cần phải có ba bậc chuyển động chuyển dời hay chuyển động định vị (Thường dùng khớp tịnh tiến và khớp quay loại 5) Những rô bốt công nghiệp thực tế thường không dùng quá bốn bậc chuyển động chuyển dời (Không kể chuyển động kẹp của tay gắp) và thông thường với ba bậc chuyển động định vị là đủ, rất ít khi sử dụng đến bốn bậc chuyển động định vị

Rô bốt được phân loại theo sự phối hợp giữa ba trục chuyển động cơ bản rồi sau đó được bổ sung để mở rộng thêm bậc chuyển động nhằm tăng thêm độ linh hoạt Vùng giới hạn tầm hoạt động của rô bốt được gọi là không gian làm việc

(1) Rô bốt tọa độ vuông góc (Cartesian rô bốt Rô bốt loại này có 3 bậc ):

chuyển động cơ bản gồm ba chuyển động tịnh tiến dọc theo 3 trục vuông góc

(2) Rô bốt tọa độ trụ (Cylindrical rô bốt): Rô bốt loại này có 3 bậc chuyển động cơ bản gồm 2 trục chuyển động tịnh tiến và 1 trục quay

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

(3) Rô bốt tọa độ cầu (Spherical rô bốt Rô bốt loại này có 3 bậc chuyển động ):

cơ bản gồm một trục tịnh tiến và 2 trục quay

(4) Rô bốt khớp bản lề (Articular rô bốt): Rô bốt loại này có 3 bậc chuyển

động cơ bản gồm 3 trục quay, bao gồm cả kiểu rô bốtScara

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

1.3.2 Phân loại Rô bốt theo thế hệ

Theo quá trình phát triển của rô bốt, ta có thể chia ra theo các mức độ sau đây:

(1) Rô bốt thế hệ thứ 1: Bao gồm các dạng rô bốt hoạt động lặp lại theo một chu trình không thay đổi (playback rô bốts), theo chương trình định trước Chương trình

ở đây cũng có hai dạng: Chương trình “cứng” không thay đổi được như điều khiển bằng hệ thống cam và điều khiển với chương trình có thể thay đổi theo yêu cầu công nghệ của môi trường sử dụng nhờ các panel điều khiển hoặc máy tính

• Sử dụng phổ biến trong công việc gắp đặt (pick and place)–

(2) Rô bốt thế hệ thứ 2: Trong trường hợp này rô bốt được trang bị các bộ cảm

biến (sensors) cho phép cung cấp tín hiệu phản hồi hỗ trợ lại hệ thống điều khiển về trạng thái, vị trí không gian của rô bốt cũng như những thông tin về môi trường bên ngoài như trạng thái, vị trí của đối tượng thao tác, của các máy công nghệ mà rô bốtphối hợp, nhiệt độ của môi trường, v.v giúp cho bộ điều khiển có thể lựa chọn những thuật toán thích hợp để điều khiển rô bốt thực hiện những thao tác xử lý phù hợp Nói cách khác, đây cũng là rô bốt với điều khiển theo chương trình nhưng có thể tự điều chỉnh hoạt động thích ứng với những thay đổi của môi trường thao tác.Dạng rô bốt với trình độ điều khiển này còn được gọi là rô bốt được điều khiển thích nghi cấp thấp

Rô bốt thế hệ này bao gồm các rô bốt sử dụng cảm biến trong điều khiển (sensor – controlled rô bốts) cho phép tạo được những vòng điều khiển kín kiểu servo

- Đặc điểm:

• Điều khiển vòng kín các chuyển động của tay máy

• Có thể tự ra quyết định lựa chọn chương trình đáp ứng dựa trên tín hiệu phảnhồi từ cảm biến nhờ các chương trình đã được cài đặt từ trước

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

• Hoạt động của rô bốt có thể lập trình được nhờ các công cụ như bàn phím, panel điều khiển

(3) Rô bốt thế hệ thứ 3: Đây là dạng phát triển cao nhất của rô bốt tự cảm nhận

Các rô bốt ở đây được trang bị những thuật toán xử lý các phản xạ logic thích nghi theo những thông tin và tác động của môi trường lên chúng; nhờ đó rô bốt tự biết phải làm gì để hoàn thành được công việc đã được đặt ra cho chúng Hiện nay cũng

đã có nhiều công bố về những thành tựu trong lĩnh vực điều khiển này trong các phòng thí nghiệm và được đưa ra thị trường dưới dạng những rô bốt giải trí có hình dạng của các động vật máy

Rô bốt thế hệ này bao gồm các rô bốt được trang bị hệ thống thu nhận hình ảnh trong điều khiển (Vision - controlled rô bốts) cho phép nhìn thấy và nhận dạng các đối tượng thao tác

- Đặc điểm:

• Có những đặc điểm như loại trên và điều khiển hoạt động trên cơ sở xử lý thông tin thu nhận được từ hệ thống thu nhận hình ảnh (Vision systems - Camera)

• Có khả năng nhận dạng ở mức độ thấp như phân biệt các đối tượng có hình dạng và kích thước khá khác biệt nhau

(4) Rô bốt thế hệ thứ 4: Bao gồm các rô bốt sử dụng các thuật toán và cơ chế điều khiển thích nghi (adaptively controlled rô bốt) được trang bị bước đầu khả năng lựa chọn các đáp ứng tuân theo một mô hình tính toán xác định trước nhằm tạo ra những ứng xử phù hợp với điều kiện của môi trường thao tác

- Đặc điểm :

• Có những đặc điểm tương tự như thế hệ thứ hai và thứ ba, có khả năng tự

động lựa chọn chương trình hoạt động và lập trình lại cho các hoạt động dựa trên các tín hiệu thu nhận được từ cảm biến

• Bộ điều khiển phải có bộ nhớ tương đối lớn để giải các bài toán tối ưu với điều kiện biên không được xác định trước Kết quả của bài toán sẽ là một tập hợp các tín hiệu điều khiển các đáp ứng của rô bốt

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

(5) Rô bốt thế hệ thứ 5: Là tập hợp những rô bốt được trang bị trí tuệ nhân tạo (artificially intelligent rô bốt)

- Đặc điểm:

• Rô bốt được trang bị các kỹ thuật của trí tuệ nhân tạo như nhận dạng tiếng nói, hình ảnh, xác định khoảng cách, cảm nhận đối tượng qua tiếp xúc, v.v

để ra quyết định và giải quyết các vấn đề hoặc nhiệm vụ đặt ra cho nó

• Rô bốt được trang bị mạng Neuron có khả năng tự học

• Rô bốt được trang bị các thuật toán dạng Neuron Fuzzy/Fuzzy Logic để tự suy nghĩ và ra quyết định cho các ứng xử tương thích với những tín hiệu nhận được từ môi trường theo những thuật toán tối ưu một hay nhiều mục tiêu đồng thời

Hiện nay trong lĩnh vựcgiải trí, nhiều dạng rô bốt thế hệ này đang được phát triển như rô bốt Aibo - chú chó rô bốt của hãng Sony hay rô bốt đi trên hai chân và khiêu

vũ được của hãng Honda

Nhật Bản là đất nước có số lượng rô bốt sử dụng trong công nghiệp nhiều nhất thế giới Người Nhật có quan niệm khá khác biệt về rô bốt so với các nước công nghiệp phát triển Theo Hiệp hội rô bốt Nhật - JIRA (Japanese Rô bốt Associasion),

rô bốt được chia thành sáu loại, theo mức độ thông minh như sau:

- Rô bốt hoạt động nhờ người điều khiển trực tiếp từng động tác, bằng pendant hay pa-nen điều khiển

- Rô bốt hoạt động theo chu trình cố định (fixed sequence rô bốts)

- Rô bốt hoạt động theo chu trình thay đổi được (variable sequence rô bốts): người điều khiển có thể dễ dàng chỉnh sửa trình tự hoạt động

- Rô bốt hoạt động theo chương trình vả lặp lại chương trình (playback rô bốts): người điều khiển có thể lập trình cho rô bốt trong chế độ huấn luyện (teaching mode)

- Rô bốt điều khiển theo chương trình số (numerically controlled rô bốts)

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

- Rô bốt thông minh intelligent rô bốts): rô bốt có thể hiểu, nhận biết và tương tác với môi trường xung quanh

1.3 3 Phân loại theo bộ điều khiển

(1) Rô bốt gắp - đặt Rô bốt này thường nhỏ và sử dụng nguồn dẫn động khí né: n

Bộ điều khiển phổ biến là bộ điều khiển lập trình (PLC) để thực hiện điều khiển vòng hở Rô bốt hoạt động căn cứ vào các tín hiệu phản hồi từ các tiếp điểm giới hạn hành trình cơ khí đặt trên các trục của tay máy

(2) Rô bốt đường dẫn liên tục Rô bốt loại này sử dụng bộ điều khiển servo thực :

hiện điều khiển vòng kín Hệ thống điều khiển liên tục là hệ thống trong đó rô bốtđược lập trình theo một đường chính xác Trong hệ thống điều khiển này, đường dẫn được biểu điễn bằng một loạt các điểm rời rạc gần nhau và được lưu vào bộ nhớ

rô bốt, sau đó rô bốt sẽ thực hiện lại chính xác đường dẫn đó

1.3.4 Phân loại rô bốt theo nguồn dẫn động

(1) Rô bốt dùng nguồn cấp điện Nguồn điện cấp cho rô bốt thường là DC để điều :

khiển động cơ DC Hệ thống dùng nguồn AC cũng được chuyển đổi sang DC Các động cơ sử dụng thường là động cơ bước, động cơ DC servo, động cơ AC servo

Rô bốt loại này có thiết kế gọn, chạy êm, định vị rất chính xác Các ứng dụng phổ biến là rô bốt sơn, hàn

(2) Rô bốt dùng nguồn khí nén Hệ thống cán được trang bị máy nén, bình chứa :

khí và động cơ kéo máy nén Rô bốt loại này thường được sử dụng trong các ứng dụng có tải trọng nhỏ có tay máy là các xy lanh khí nén thực hiện chuyển động -thẳng và chuyển động quay Do khí nén là lưu chất nén được nén rô bốt loại này thường sử dụng trong các thao tác gắp đặt không cần độ chính xác cao

(3) Rô bốt ùng nguồn thuỷ lực Nguồn thuỷ lực sử dụng lưu chất không nén d :

được là dầu ép Hệ thống cần trang bị bơm để tạo áp lực dầu Tay máy là các xy - lanh thuỷ lực chuyển động thẳng và quay động cơ dầu rô bốt loại này được sử dụng trong các ứng dụng có tải trọng lớn

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

1.4 Kết luận

Từ lúc ra đời cho đến nay rô bốt công nghiệp đã và đang phát triển rất mạnh mẽ Các rô bốt ngày càng có nhiều chủng loại phong phú với các đặc tính kỹ thuật cao.Trong nền sản xuất công nghiệp cũng như trong các lĩnh vực khác rô bốt đã cho thấy được khả năng ứng dụng và mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho con người Rô bốt có nhiều đặc tính kỹ thuật tự động và hiện đại, có khả năng thay thế từng chức năng của con người, nhưng rô bốt công nghiệp vẫn là một thiết bị công nghiệp Vì vậy, vẫn cần sự vận hành và điều khiển của con người trên cơ sở cung cấp cho rô bốt những nguồn lực cụ thể như: khí nén, điện, thủy lực v.v

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

CHƯƠNG 2:

RÔBÔT KUKA & PHẦN MỀM SIM LAYOUT

2.1 Giới thiệu về Rô bôt Kuka

2.1.1 Quá trình phát triển của Rôbôt Kuka

Rô bốt Kuka là sản phẩm của tập đoàn chuyên chế tạo rô bốt công nghiệp Kuka của Cộng Hoà Liên Bang Đức Sau nhiều năm nghiên cứu và chế tạo đến nay tập đoàn đã cho ra đời nhiều thế hệ rô bốt công nghiệp Kuka với nhiều tính năng thích hợp cho từng công việc trong mỗi nhà máy Rô bốt Kuka thuộc loại rô bốt nối tiếp gồm nhiều khâu nối tiếp với nhau bằng các khớp quay

Rô bốt Kuka được bắt đầu chế tạo và đưa ra thị trường vào năm 1990, tuy nhiên trong giai đoạn ban đầu này Kuka được chế tạo với kết cấu phức tạp cồng kềnh khối lượng lớn mà tải trọng lại nhỏ Theo thời gian, các thế hệ rô bốt Kuka tiếp theo ra đời với kích thước nhỏ hơn nhưng tải trọng cao hơn Khả năng làm việc của rôbôt cũng trở lên đa dạng, không gian làm việc rộng và linh động hơn Dưới đây là biểu

đồ biểu diễn sự phát triển của rô bốt Kuka:

Hình 2.1: Biểu đồ phát triển của Rô bốt Kuka

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Ngày nay nhà sản xuất rô bốt Kuka đã cho ra đời rất nhiều các mẫu rô bốt với rất nhiều tải trọng, hình dáng, khả năng khác nhau Có những loại dùng để đặt trên bệ (trên mặt đất), có những loại treo trên tường, cũng có những loại có thể treo ngược trên dầm , ngoài ra còn có những loại trượt trên băng để tăng tính linh hoạt và tầm hoạt động của rôbôt Do đặc tính cũng như vị trí làm việc rô bốt treo tường và treo trần có tải trọng nhỏ hơn rô bốt đặt trên mặt phẳng ngang Sau đây là tải trọng của một số loại rô bốt thông dụng

Hình 2.2: Câc chủng loại rô bốt và tải trọng của Rô bốt Kuka

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Rô bốt Kuka có nhiều chủng loại phong phú có thể làm được nhiều công việc khác nhau, tuy nhiên chúng cùng được thiết kế trên một cơ sở Trước hết đó là việc thực hiện bài toán động học thuận và động học ngược, đây là công việc hết sức khó khăn trong quá trình thiết kế

Việc giải bài toán động học thuận và động học ngược là bước cơ sở cho việc thiết

kế sơ bộ rô bốt Kuka, để từ đó giải bài toán điều khiển rô bốt theo các quỹ đạo Từ đây, có thể có các thông số để điều khiển rô bốt theo một quỹ đạo cho trước hoặc với lực cho trước ta thu được một quỹ đạo chuyển động nhất định

Do tính chất của công việc của từng rô bốt là khác nhau nên quỹ đạo hoạt động của nó tạo ra một vài bài toán về điều khiển như sau:

- Nếu không quan tâm tới quỹ đạo chuyển động mà chỉ quan tâm trong khoảng thời gian cho trước rô bốt đi tới đúng vị trí hai điểm làm việc Do vậy mà bài toán trở nên đơn giản hơn Nó chỉ cần thoả mãn các điều kiện trong thiết kế là được Tức

là vận tốc tại điểm đầu và điểm cuối của tay máy bằng không

- Do tính chất của công việc mà rô bốt chuyển động từ điểm đầu đến điểm cuối bắt buộc phải qua một số điểm trung gian nhất định Dạng này thì chúng ta có thể sử dụng phép nội suy để tạo ra một quỹ đạo và vận tốc được thoả mãn

- Khâu chấp hành phải đi theo một quỹ đạo cho trước và có thể biết trước luật chuyển động dọc theo quỹ đạo nào đó Đây là hai dạng bài toán điều khiển rô bốt đi theo một quỹ đạo với vận tốc biết trước

Ta lấy rô bốt Kuka KR 6/2 làm một ví dụ để giải bài toán động học thuận với yêu cầu là điều khiển rô bốt đi theo một quỹ đạo cho trước

Ví dụ: Rô bốtKuka KR 6/2:

Các thông số góc quay của các khớp của rôbôt Kuka KR 6/2:

(Giới hạn chuyển động các khớp quay của Rô bốt Kuka) Trục Giới hạn chuyển động Tốc độ

2 +115° -55tới ° 152°/ giây

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

3 +70° -210tới ° 152°/ giây

Bảng 2.1: Thông số góc quay các khớp của rô bốt Kuka KR 6/2

Từ các góc quay của rô bốt và kích thước của các khâu có thể xác định được vùng không gian làm việc của rôbôt Kuka như hình vẽ dưới đây:

Hình 2.5: Sơ đồ bố trí tọa độ các thông số động học của rô bốt Kuka:

A5

a

A5 Tải phụ

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

αR i R là góc từ ZR i R đến ZR i+1 R theo chiều dương trục XR i R

DR i R là khoảng cách từ trục XR i-1 R đến XR i R dọc theo chiều dương trục ZR i R

θR i R là góc từ XR i-1 R đến XR i R theo chiều dương trục ZR i-1 R

Trên hình vẽ trên gọi các khớp là A1, A2, A3 lần lượt là các khớp hông, khớp bả vai, khớp khuỷ tay tập hợp cả ba khớp này gọi là cánh tay, các khớp này quyết định

vị trí của khâu chấp hành cuối cùng Các khớp còn lại A4, A5, A6 được gọi là khớp

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

cổ tay chúng quyết định hướng của khâu chấp hành cuối cùng và có tâm quay tại điểm A5

2.1.2 Các bộ phận cơ bản và tính năng của hệ thống rô bốtKuka

2.1.2.1 Các bộ phận cơ bản của hệ thống rô bốt Kuka

Như đã trình bày ở trên, rô bốt Kuka là một trong những loại rô bốt công nghiệp được sử dụng rất nhiều trong thực tế Tuy nhiên mỗi một rôbôt khi tham gia vào công việc không chỉ hoạt động môt mình nó mà còn gồm nhiều các bộ phận khác nữa tạo thành một hệ thống rô bốt hoàn chỉnh để phối hợp, điều khiển các bộ phận khác trong hệ thống giúp rô bốt làm việc tốt chính xác Vậy một hệ thống rô bốt sẽ bao gồm những bộ phận nào và chức năng nhiệm vụ của mỗi bộ phận ra sao

Một hệ thống rô bốt Kuka gồm nhiều các bộ phận khác nhau, mỗi bộ phận có chức năng riêng và hoạt động trong sự liên kết với nhau Tuy nhiên, nói chung một

hệ thống rôbôt Kuka bao gồm các bộ phận sau:

- Tay máy cơ khí

- Khâu dụng cụ

- Các nguồn động lực và truyền động (động cơ, hộp giảm tốc)

- Cảm biến (sensors)

- Các thiết bị điều khiển

- Giao diện người - máy

- Đơn vị chuyển đổi năng lượng

Hệ thống rô bốt Kuka được thể hiện như sau:

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Hình 2.7: Sơ đồ khảo sát rô bốt Kuka

a) Tay máy cơ khí:

Như đã phân tích trong phần phân loại rô bốt, Kuka là loại rô bốt nối tiếp, vì thế tay máy cơ khí của rô bốt Kuka là một chuỗi nối tiếp 6 bậc tự do, mỗi khớp có một động cơ servo là nguồn động lực cho mỗi khớp ấy

Tuy nhiên tuỳ theo vị trí mà công suất của các động cơ servo này khác nhau Và cũng tùy theo khối lượng của mỗi rô bốt mà công suất của các động cơ này cũng khác nhau

Tay máy cơ khí bao gồm 5 khâu nối với nhau bằng các khớp nối quay, các khớp quay này được chế tạo với độ chính xác rất cao nhằm đảm bảo cho quá trình rô bốtvận hành chính xác

Hình ảnh dưới đây chính là bề mặt của mối lắp của các khớp trên cánh tay rô bốt:

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Hình 2.8: Các khâu của cánh tay rô bốt Kuka

Hình 2.9: Khớp nối các khâu của rô bốtCông việc lắp các khâu với nhau cũng đòi hỏi độ chính xác và kỹ thuật cao, chính vì thế con người sẽ đóng vai trò chủ chốt trong quá trình các khâu này được lắp với nhau, dưới đây là một vài hình ảnh tại nhà máy sản xuất rô bốt Kuka tại Cộng hòa liên Bang Đức với các nhà kỹ thuật

Hình 2.10: Một số hình ảnh về các công đoạn lắp ráp rô bốt

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Cùng với sự phát triển của khoa học ãng Kuka đã cho ra đời rất nhiều loại tay hmáy với kích thước và tải trọng khác nhau giúp giải quyết từng công việc cụ thể một cách dễ dàng ở mọi vị trí Dưới đây là một vài hình ảnh của các loại tay máy rô bốt Kuka

Hình 2.11: Các loại rô bốt Kuka

Mỗi loại tay máy rô bốt Kuka trong điều kiện làm việc cụ thể sẽ có những thông

số kỹ thuật phù hợp yêu cầu công việc Các thông số kỹ thuật của tay máy rô bốtbao gồm các thông số sau:

- Tốc độ lớn nhất

- Khả năng mang tải chính

- Số bậc tự do

- Độ chính xác lặp lại

- Khối lượng rô bốt

b) Các nguồn dẫn động và truyền động (động cơ, hộp giảm tốc)

Trong rô bốt Kuka nguồn dẫn động chính là các động cơ Servo chạy bằng điện và truyền động cho rô bốt chính là các hộp giảm tốc trong rô bốt Trong quá trình phát triển của rô bốt nói chung người ta đã từng sử dụng rất nhiều loại động cơ và kiểu truyền động khác nhau Lý do cũng vì những hạn chế của khoa học kỹ thuật trong từng thời kỳ

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

và yêu cầu làm việc của các loại rô bốt khác nhau Trước kia khi, động cơ servo chưa

ra đời người ta từng dùng động cơ động cơ tịnh tiến hoặc động cơ quay với động cơ bước được sử dụng khá nhiều Ngày nay, với sự phát triển của khoa học, động cơ servo

đã thay thế cho hầu hết các loại động cơ cũ nhờ những đặc tính nổi trội của nó Rô bốtKuka hoàn toàn sử dụng động cơ servo cho các khâu của nó

Hình 2.12: Truyền động dùng khí nén Hình 2.13: Động cơ servoĐối với vấn đề truyền động cho các khâu của rôbôt đã có nhiều giải pháp được đưa

ra cũng với đặc điểm của các môi trường làm việc khác nhau ở tải trọng thấp giải pháp được đưa ra là dùng động cơ điện nhờ vào ưu điểm tốc độ cao của nó Ngoài ra người

ta còn dùng truyền động khí nén cho những trường hợp tải trọng thấp do dễ sử dụng vì

có các trạm khí nén ở tải trọng lớn và tốc độ thấp người ta dùng truyền động thuỷ lực Trong rô bốt Kuka giải pháp sử dụng khí nén để truyền động là vô cùng hợp lý Ngoài

ra người ta còn sử dụng giải pháp dùng hộp giảm tốc để truyền chuyển động với khớp tay trên máy như một giải pháp hiệu quả nhất vì động cơ có thể đạt vài nghìn vòng/phút, nhưng rô bốt nhiều lúc chỉ cần 0,5 vòng/phút

c) Khâu dụng cụ

Khâu dụng cụ là một bộ phận vô cùng quan trọng của rô bốt, tuy theo từng yêu cầu công việc mà người ta sử dụng các loại khâu dụng cụ khác nhau để đáp ứng được nhu cầu của công việc

Trên thực tế, rôbôt Kuka được ứng rất nhiều trong các ngành công nghiệp vì vậy

số lượng các dụng cụ cần thiết cũng rất phong phú và đa dạng.Với khớp nối dụng

cụ, tuỳ theo tính chất công việc và tải trọng ta có thể dùng nó để nối với nhiều loại

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

khâu dụng cụ khác nhau cho phù hợp với công việc Dưới đây là một vài hình ảnh

về các loại dụng cụ rô bốt Kuka thường dùng trong thực tế sản xuất:

Hình 2.14: Một số loại tay gắp của rô bốtNgoài ra một số loại tay kẹp, dụng cụ gắp còn có các dụng cụ chuyên dùng như bút vẽ, mỏ hàn, đầu phun sơn cũng là các dụng cụ thường dùng trong thực tế để lắp ghép với khớp nối dụng cụ thực hiện các công việc mang đặc thù riêng

Trong các loại khâu dụng cụ thông dụng nhất thì khâu dụng cụ mỏ kẹp cũng là một loại khâu dụng cụ rất hay được sử dụng trong thực tế Khâu dụng cụ mỏ kẹp có thế chỉ có hai ngón tay, ba ngón tay cũng có thể có bốn ngón tay Các loại khâu dụng cụ mỏ kẹp hoạt động theo nguyên tắc sử dụng hệ thống khí nén cùng vơi các van khí điều chỉnh hoạt động của các ngón tay kẹp và nhả các chi tiết Một vài loại

mỏ kẹp được thể hiện qua các hình ảnh sau

Hình 2.15: Sơ đồ hệ thống khí nén điều chỉnh các ngón tay của tay kẹp

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

a: Mỏ kẹp đóng b: Mỏ kẹp kẹp chi tiết

KUKA Roboter GmbH, Bl cherst r 144, D 86165 Augsburg, Tel.: +49 (0) 8 21/7 97 40 00, Fax: +49 (0) 8 21/7 97 16 16, http:/ / ü - - - www kuka - roboter.deI 28.09.00 I College I ML I 3

Functional types of grippers: TYP 1 (functional principle)

piece

- Đầu dụng cụ gia công (khoan, bánh mài, bánh cắt, dao cắt,…)

- Đầu đo để đo lại vị trí các bề mặt trong không gian 3D, đầu laser

- Đầu cắt bằng tia nước cao áp hoặc có thể là song hàn v.v…

d) Các cảm biến (sensor)

Một hệ thống rô bốt Kuka muốn giao tiếp với môi trương bên ngoài thì cần có những thông số đầu vào của môi trường bên ngoài Những thông số đầu vào này được cung cấp bởi những cảm biến (sensor), chính vì thế người ta ví Sensor như là

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

các cơ quan “thính giác“, “xúc giác“, “khứu giác“, “ thính giác“… vô cùng quan trọng của một “ cơ thể rô bốt“ Vì vậy hệ thống các cảm biến trong hệ thống rô bốt

là rất quan trọng

Trong một hệ thống rôbôt có rất nhiều loại cảm biến khác nhau được sử dụng, mỗi loại thực hiện một chức năng riêng để nhận biết một thông số đầu vào nhất định của môi trường Một số loại cảm biến thường dùng trong hệ thống rô bốt là:

Hình 2.17: Hệ thống Rô bốt sử dụng cảm biến hình ảnh (Camera)

Cảm biến hình ảnh là loại cảm biến có tác dụng cung cấp khả năng nhìn các vật ở xung quanh bên ngoài rô bốt và phân tích đối tượng của rô bốt Trên thực tế loại cảm biến này rất hay được sử dụng nó thường là các camera, các máy quét laser được gắn vào một ví trí thích hợp nhằm quan sát và cảm nhận được không gian xung quanh một cách chính xác nhất

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Cảm biến âm thanh là loại cảm biến cũng được dùng tương đối phổ biến, nó giúp điều khiển rô bốt bằng cách ra lệnh bằng âm thanh

Cảm biến tiếp xúc cung cấp cho rô bốt khả năng tiếp xúc và cảm nhận Cảm biến tiếp xúc rất hay được sử dụng trong thực tế nhờ hiệu quả của nó Loại cảm biến này giúp rôbôt cảm nhận được các vật mà nó đang tiếp xúc, kết hợp với chương trình lập trình của bộ điều khiển nó sẽ cho ra một lệnh để rô bốt thực hiện

Cảm biến lực/áp suất, cung cấp cho rô bốt cảm nhận về lực hay áp suất đang tương tác với môi trường Loại cảm biến này cũng được sử dụng rất phổ biến trong thực tế, sau khi cảm nhận các thông tin về áp suất hay lực khi đạt được một giá trị nào đó bộ điều khiển sẽ phát ra một lệnh nào đó cho rô bốt thực hiện theo một chương trình đã được lập trình trước Trên thực tế, loại cảm biến này thường dùng trong các hệ thống khí nén hay thuỷ lực

-Cảm biến tiệm cận cũng là loại cảm biến không thể thiếu trong một hệ thống rô bốt Cảm biến tiệm cận giúp rô bốt phất hiện vật thể trước mặt hoặc xung quanh nó nên có khả năng tự động tránh va chạm Như vậy loại cảm biến này có tác dụng rất quan trọng là bảo vệ rô bốt tránh được các va chạm trong quá trình hoạt động, chính

vì thế nó là loại Rô bốt không thể thiếu trong rô bốt

Trong hệ thống rô bốt người ta còn sử dụng các công tắc hành trình Ưu điểm rất lớn của công tắc hành trình là đơn giản và hiệu quả cao Công tắc hành trình được đặt ở ở cuối của chuyển động trong không gian làm việc Công tắc hành trình có tác dụng thông báo vùng giới hạn hoạt động và tránh vượt ra ngoài bằng các công tắc.Ngoài ra cũng còn một số loại cảm biến ít dùng hơn như:

- Cảm biến Encorder (đo góc quay)

- Cảm biến Potenstiometer (dùng đo góc hoặc chiều dài)

- Cảm biến Strain gauge (đo biến dạng)

- Cảm biến Ultrasonic sensor (đo khoảng cách)

- Cảm biến Light sensors (phát hiện vật thể)

- Cảm biến đo đường dịch chuyển hoặc chiều dài

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

e) Các thiết bị điều khiển rô bốt

Bộ điều khiển của đóng vai trò như bộ não của rô bốt, nó cung cấp trí thông minh điều khiển tay máy hoạt động theo một chương trình có sẵn hoặc điều khiển trực tiếp từ bảng điều khiển (giao diện người và máy) Bộ điều khiển cũng lấy thông tin

từ các cảm biến truyền vào máy tính xử lý thông tin qua đó máy tính đưa lệnh thực hiện gửi tới các động cơ để thực hiện nhiệm vụ nào đó, bao gồm :

- Nhớ, lưu chương trình điều khiển và trạng thái của hệ thống cấp bởi cảm biến

- Một khối tính toán (CPU) để xử lý các thông tin và đưa ra các lệnh điều khiển

- Phần cứng thích hợp để giao tiếp với thế giới bên ngoài (cảm biến, nguồn truyền động,…)

- Phần cứng cho một giao diện người máy

Các thông tin về trạng thái của hệ thống được cung cấp bởi các cảm biến như đã trình bày ở trên được lưu lại bên trong bộ nhớ của thiết bị thường là máy tính Khối tính toán (CPU) của máy tính sẽ thực hiện việc xử lý các thông tin này để đưa ra các lệnh cho tay máy hoạt động thực hiện một chương trình nào đó Như vậy có thể nói máy tính trong bộ điều khiển của Rô bốt là vô cùng quan trọng Máy tính làm chức năng “ đầu não” của Rô bốt

Vì vậy tính linh hoạt và khả năng tốc độ của Rô bốt một phần nào đó phụ thuộc vào khả năng của máy tính về tốc độ xử lý

Hình 2.18: Cấu trúc điều khiển của rô bốtNgoài ra, nói về máy tính trong hệ thống rô bốt không thể không nhắc tới một chức năng rất quan trọng khác là sự khả năng “lập trình lại được” của máy tính

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

được quyết định bởi máy tính Trong hệ thống rô bốt, cánh tay máy thực hiện được nhiều công việc khác nhau nghĩa là có thể “lập trình lại được” nhờ máy tính thực hiện Chính vì thế, có thể nói sự phát triển của công nghệ thông tin nói chung và kỹ thuật máy tính nói riêng có tác dụng cực kỳ to lớn trong bước trưởng thành của khoa học công nghệ rô bốt

Chúng ta hãy cùng nhau nói thêm về sự phát triển của công nghệ thông tin và máy tính trong những năm qua Từ chiếc máy tính đầu tiên mang tên ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator) ra đời vào năm 1964 cho đến những chiếc máy tính siêu tốc (Super Computer) ngày nay công nghệ thông tin đã trải qua một thời kỳ phát triển cực nhanh với những thành công rực rỡ Kỹ thuật tích hợp là một bước tiến khổng lồ của công nghệ thông điện tử

Một trong những thành công to lớn nhât của việc đưa rôbôt công nghiệp vào ứng dụng là khả năng làm mềm hoá các dây chuyền tự động cứng ngày xưa đã không còn thích hợp

Với những hệ thống tự động cứng thường chỉ được giao một nhiệm vụ, sản xuất một mặt hàng, có thể với sản lượng rất lớn Máy móc trong dây chuyền này là những thiết bị chuyên dụng với năng suất rất cao và rất đắt tiền

Tuy nhiên cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu của con người ngày càng đa dạng về chủng loại hàng hóa Điều đó buộc các nhà sản xuất phải thay đổi quy trình sản xuất, mẫu mã sản phẩm cần phong phú hơn và liên tục thay đổi cho ra các mẫu mới

Trong quá trình này rô bốt trong dây truyền và đặc biệt là máy tính đóng vai trò cực kỳ quan trọng Các hệ thống máy tinh được kết nối trực tiếp với các rô bốt và điều hành mọi công việc sản xuất

Trên cơ sở đó đã ra đời hệ thống sản xuất linh hoạt FMS hay hệ thống sản xuất tích hợp CIM Trong các hệ thống FMS và CIM luôn luôn có mặt của các rô bốtcông nghiệp điều khiển bằng hệ thống máy tính chung

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Hình 2.19: Tủ điều khiển với bộ phận PCNgoài ra trong các thành phần của bộ điều khiển không thể không nhắc tới phần cứng thích hợp để giao tiếp với thế giới bên ngoài (các cảm biến, nguồn truyền động v.v…)

Trong hệ thống Rô bốt đây chính là Panel điện tử Đây là tập hợp các bản mạch, được cắm trên một khung rãnh chung để tháo lắp chúng một cách linh hoạt, dễ dàng

và liên kết chúng bằng các băng luồng liên lạc “BUS”

Chức năng của BUS là truyền năng lượng và thông tin giữa các bản mạch với thế giới bên ngoài như các cảm biến, các nguồn truyền động để đảm bảo cho máy tính nhận được các thông tin từ đó đưa ra các lệnh cho tay máy thực hiện Như vậy, đây chính là bộ phận kết nối và truyền tải các thông tin trong máy tính, có thể kết luận rằng bộ phận này như là “ mạch máu” trong một hệ thống rô bốt

Các cổng nối tích hợp với bên ngoài được trang bị bên trong của tủ điều khiển cùng với hệ thống điện của rô bốt