cánh tay robot và ứng dụng trong công nghiệp

CÁNH TAY ROBOT LÀ GÌ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CUỘC SỐNGCánh tay robot là một hệ thống được mô phỏng lại hoạt động của cánh tay con người, với các khớp chuyển động theo một trục dọc và có thể xo

Cánh tay robot và ứng dụng trong công nghiệp

Thành viên nhóm: Bùi Ngọc Đức Anh,

Hoàng Tiến Đạt, Trần Đức Bình, Đinh

Đức Minh

I CÁNH TAY ROBOT LÀ GÌ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CUỘC SỐNG

Cánh tay robot là một hệ thống được mô phỏng lại hoạt động của cánh tay

con người, với các khớp chuyển động theo một trục dọc và có thể xoay theo

các hướng nhất định Giúp con người thực hiện một số giai đoạn khó khăn,

phức tạp và nguy hiểm trong những dây chuyền sản xuất với độ chính xác và

hiệu quả cao Nói một cách dễ hiểu, robot gắp sản phẩm sẽ cầm, nắm các sản

phẩm và sắp xếp các sản phẩm đúng vị trí theo quy trình đã được lập trình

sẵn Ngày nay, robot được phát triển song song với AI, ngày càng đa dạng

với các chức năng

4

I CÁNH TAY ROBOT LÀ GÌ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CUỘC SỐNG

1 Các loại cánh tay robot chủ yếu được thiết kế (Phân loại theo hình dáng,

chức năng)

A) robot chuyển động theo toạ độ đề các (cartestial robot arms)

-Đúng như cái tên, hệ thống tay robot này sử dụng hệ toạ độ xyz làm cơ sở và

thường mô phỏng các chuyển động tịnh tiến theo các trục của tay người, ít có

chuyển động xoay

Ứng dụng: bàn máy cnc, máy in 3d,…

Ưu nhược điểm: khả năng chịu tải tốt, tốc độ chuyển động nhanh , nhưng độ linh hoạt không tốt, đi kèm với

đó là khu vực làm việc bó hẹp trong hình chữ nhật,

I CÁNH TAY ROBOT LÀ GÌ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CUỘC SỐNG

b)Robot có khớp (jointed robot arms)

-Cấu hình này cho phép cánh tay robot chuyển động quay quanh khu vực làm việc theo hình trụ xung quanh các khớp quay chính (được đánh số như hình mô phỏng

bên dưới, có thể số khớp khác nhau với các loại robot khác nhau

vật, cánh tay kiểm tra sản phẩm (thường được trang bị các cảm biến vị trí, cảm biến nhận diện phù hợp với từng loại)

-Ưu nhược điểm: có nhiều khớp quay giúp tầm với của robot được cải thiện, làm được những chi tiết siêu nhỏ mà các loại robot khác khó với, , nhưng giá thành đắt, lắp đặt khó

I.CÁNH TAY ROBOT LÀ GÌ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CUỘC SỐNG

C)Robot có trục chính hình trụ (cylindrical robot)

-Cylindrical robot lấy 1 trục chính hình trụ làm cơ sở Phạm vi làm việc là xung

quanh trục chính đó Chuyển động của robot có cả chuyển động xoay và tịnh

tiến(Chuyển động quay xung quanh khớp quay của trục chính và tịnh tiến ở các

khớp tịnh tiến và các trục)

Khớp quay trục

chính

Khớp tịnh tiến

Ứng dụng: robot gắp lọ vắc xin trong cơ sở sản xuất, ro bot gắp vật, đóng hàng,xử lí chi tiết bé…

-Ưu nhược điểm: không linh hoạt bằng robot theo khớp nhưng hơn robot toạ độ xyz, tổng hoà ưu nhược điểm của cả 2 loại trên

II.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

-Cánh tay robot đầu tiên được thiết kế bởi Leonardo da Vinci vào cuối thế kỷ 15 Khi phân tích các bài báo của ông vào những năm 1950, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng ông đã phác thảo một cánh tay robot và các bức tượng nhỏ hình người có thể chạy trên các công nghệ đồng hồ có sẵn vào thời điểm đó

-Cánh tay robot đầu tiên, Unimate #001, được chế tạo vào năm 1959 bởi George Devol

và Joseph Engelberger Năm 1961, Devol được trao bằng sáng chế cho phát minh robot của mình và ông cùng Engelberger thành lập công ty robot đầu tiên trên thế giới,

Unimation—viết tắt của thuật ngữ “Universal Automation”

tay robot của mình

II LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

Năm 1963, các nhà nghiên cứu tại Bệnh viện Rancho Los Amigos ở California đã phát triển Rancho Arm để giúp di chuyển các bệnh nhân khuyết tật Đó là cánh tay robot điều khiển bằng máy tính đầu tiên và được trang bị sái khớp để di chuyển giống như cánh tay con

người.

Năm 1969, robot Stanford Arm của Scheinman

đã đạt được một cột mốc quan trọng là cánh tay robot điều khiển bằng máy tính, chạy bằng điện thành công đầu tiên Đến năm 1974, nó đã

có thể tự dẫn đường thông qua các cảm biến quang học và tiếp xúc Đây là cánh tay đầu tiên cung cấp phản hồi xúc giác cho người vận hành.

Rancho arm

III CẤU TẠO CÁNH TAY ROBOT CÔNG NGHIỆP

-Để đầy đủ nhất, ta sẽ xét cấu tạo của cánh tay robot theo mô hình robot có

khớp với 2 phần chính Tay máy (phần cơ khí), hệ thống điều khiển, vận hành

(phần điện tử, lập trình)

1 Phần tay máy

-Phần tay máy của robot công nghiệp thường được chế tạo từ gang và thép –

những vật liệu có độ bền cao

-Tay máy được mô phỏng như cánh tay người, có phần cổ tay, cẳng tay,

khuỷu tay, vai và chân đế Các cánh tay robot trong công nghiệp có từ 4 – 6

khớp nối với 6 bậc tự do tương đương với 6 cách di chuyển khác nhau

2 Phần điều khiển, quản lý và vận hành

A) Sensor ( Cảm biến )

-Dùng để cảm nhận, biến đổi các đại lượng vật lý cần đo thành các đại lượng điện tỷ

lệ để xử lý làm tín hiệu điều khiển (tuỳ vào chức năng của cánh tay dùng loại cảm biến khác nhau)

-Đối với robot gắp vật thường có:

+Cảm biến lực, momen xoắn: Những cảm biến này đo lực và mô-men xoắn do robot tác dụng khi làm việc với các vật thể khác Chúng đưa ra những phản hồi cần thiết để đảm bảo xử lý nhẹ nhàng, chế tạo chính xác và vận hành an toàn

+Chiết áp : Chuyển đổi chuyển động quay của khớp thành tín hiệu điện, biểu thị góc khớp

+Encoders: Đo góc quay hoặc vị trí của khớp để cung cấp phản hồi về vị trí hiện tại của cánh tay

III CẤU TẠO CÁNH TAY ROBOT CÔNG

NGHIỆP

2 Phần điều khiển, quản lý và vận hành

III CẤU TẠO CÁNH TAY ROBOT CÔNG

NGHIỆP

Chiết áp

III CẤU TẠO CÁNH TAY ROBOT CÔNG

NGHIỆP

B) Vi điều khiển

-i điều khiển đóng vai trò như bộ não, nơi thực hiện các chức năng xử lý và điều khiển hoạt động của robot.

-Thường dung Arduino cho giá thành rẻ, lợi ích nhiều, có thể xử lý nhiều tác vụ:

+*Điều Khiển Động Cơ:* - Arduino điều khiển các động cơ của cánh tay robot thông qua

các tín hiệu điều khiển PWM (Pulse Width Modulation).

+*Xử Lý Tín Hiệu Cảm Biến:* - Arduino đọc thông tin từ các cảm biến như encoders,

potentiometers, force sensors, hoặc các cảm biến khác đặt trên cánh tay - Dựa trên dữ liệu từ các cảm biến, Arduino có thể điều chỉnh hoặc phản hồi thông tin về vị trí, lực, và các thông số khác của cánh tay.

+*Giao Diện Người Dùng:* - Arduino có thể được sử dụng để tạo giao diện người dùng đơn

giản, chẳng hạn như bảng điều khiển với nút nhấn hoặc màn hình hiển thị LCD - Giao diện này giúp người điều khiển tương tác với cánh tay robot, cung cấp lệnh và theo dõi trạng thái.

III CẤU TẠO CÁNH TAY ROBOT CÔNG

NGHIỆP

C) Phần mềm điều khiển

-Phần mềm điều khiển robot (Robot Control System) đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển, giám sát và quản lý hoạt động của robot:

+Lập Trình Robot:* - Cung cấp môi trường lập trình cho người sử dụng để tạo ra các

chương trình điều khiển robot - Cho phép lập trình viên định nghĩa các bước công việc,

đường đi, và chế độ hoạt động của robot

+*Mô Phỏng và Kiểm Tra:* - Cung cấp công cụ mô phỏng để kiểm tra trước các chương

trình điều khiển mà không cần chạy thực tế trên robot - Giúp phát hiện và khắc phục lỗi trước khi triển khai chương trình trên robot thực tế.

+Quản Lý Tác Vụ:* - Điều khiển thực hiện các tác vụ cụ thể, bao gồm việc định vị đối

tượng, kiểm tra chất lượng, và thậm chí thực hiện các nhiệm vụ phức tạp như hàn, gắp, hoặc lắp ráp Giống như công cụ giúp người trực tiếp điều khiên hoạt động của robot theo thời gian thực.

1 số phần mềm phổ biến: ABB RobotStudio, ROBOGUIDE,…

IV CÁC BÀI TOÁN PHỤC VỤ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁNH TAY ROBOT

1 Bài toán động học thuận

-Mục đích: để tính toán các lệnh điều khiển cần thiết để robot đạt được một vị trí, tốc

độ, lực hoặc mô-men mong muốn, tính toán đường đi mà robot cần di chuyển để đạt được một vị trí nào đó, xác định vị trí của các đối tượng trong môi trường của robot.

2 Bài toán động học ngược

-Mục đích của bài toán động học ngược: tính toán các lệnh điều khiển cần thiết để

robot giữ một vật thể với một lực nhất định, giảm rung động của robot.

3.Bài toán động lực học

-Lực momen được sử dụng để điều khiển và định hình các cánh tay robot và các bộ phận quay khác, đảm bảo robot chịu được lực quay, lực vật.

(Cách giải bài toán trình bày chi tiết trong tiểu luận)

V.HỆ TRỤC TOẠ ĐỘ

Để thực hiện việc gắp một vật trong không gian thì Robot cũng cần phải sử dụng hệ tọa độ

để xác định tọa độ hiện tại của tay máy và tọa độ của vật cần gắp để tính toán quãng đường

di chuyển Hệ toạ độ này được gắn khác nhau dựa vào từng phần của robot như tool, user: -Tọa độ Base: tọa độ mặc định của mỗi Robot để xác đinh vị trí của nó và là tọa độ quy chiếu cho các hệ tọa độ khác, thông thường trong hệ tọa độ tâm được đặt tại chân của

Robot và các hướng được xác định cố định theo quy ước của nhà sản xuất.

-Hệ tọa độ Tool: hệ tọa của công cụ mà Robot mang theo để thao tác làm việc vd: mỏ hàn, griper… tâm hệ tọa độ là điểm TCP(Tool Center Point) Robot sẽ dùng điêm TCP là điểm chuẩn để di chuyển nó trong không gian.

-Hệ tọa độ User: là hệ tọa độ của người dùng lập ra, có thể xác định vị trí của khu vực cần làm việc và các hướng di chuyển trong khu vực đó, giúp dễ dàng trong việc thao tác và lập trình Robot.

VI LƯU Ý KHI LỰA CHỌN CÁNH TAY ROBOT CÔNG NGHIỆP

7.1 Số trục

Đối với cánh tay robot trong nhà máy, số lượng trục càng nhiều thì càng linh hoạt Robot dưới 5 trục

sẽ phục vụ các nhiệm vụ đơn giản như nhấc, đặt sản phẩm Với những thao tác phức tạp, cần di

chuyển nhiều, nên lựa chọn robot có trên 5 trục.

7.2 Độ sải

Độ sải hay tầm với là khoảng cách tối đa mà tay máy robot có thể vươn tới, được lo lường theo 2

chiều:

 Chiều ngang: Tính từ tâm chân đế đến điểm xa nhất của bộ kẹp.

 Chiều dọc: Khoảng cách từ điểm thấp nhất đến điểm cao nhất mà cánh tay robot có thể với

Phụ thuộc vào nhu cầu sản xuất để lựa chọn cánh tay có ưu thế về tầm với ngang hoặc tầm với dọc 7.3 Tốc độ

Thông số này được bên bán cung cấp trong quá trình tư vấn sản phẩm, tốc độ tối đa được đo bằng đơn

vị độ/giây Nên đảm bảo tốc độ của robot có khả năng phục vụ hoạt động sản xuất của doanh nghiệp

và có khả năng tăng tốc độ, tối đa năng suất trong thời gian cao điểm.

VI LƯU Ý KHI LỰA CHỌN CÁNH TAY ROBOT CÔNG NGHIỆP

7.4 Trọng tải

Đo lường trọng tải có thể nâng nhấc bao gồm trọng lượng của hàng hóa và thiết bị gắp Cánh tay robot công nghiệp có trọng tải lớn hơn sản phẩm nặng nhất trong xưởng sản xuất mới đạt yêu cầu

7.5 Độ chính xác

Tính chính xác sẽ liên quan đến sự trơn tru trong hoạt động lặp đi lặp lại của robot Một số cánh tay robot được thiết kế với độ chính xác cao hơn sẽ có giá thành cao hơn, do có sự ảnh hưởng qua lại với các yếu tố như chân đế, tốc độ, tầm với

THANK

YOU !