thiết kế bộ điều khiển mặt trượt điều khiển chuyển động cho các khớp theo quỹ đạo mong muốn

học của thanh nối, đảm bảo được độ chính xác, triệt tiêu sai lệch, vẫn đảm bảo được yêu cầu chuyển động của robotNhược điểm chung: Các phương pháp điều khiển truyền thống có những nhược

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ- KỸ THUẬT CÔNG NGHỆP

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

TÊN ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN MÔN HỌC:

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MẶT TRƯỢT ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CHO CÁC KHỚP THEO QUỸ

ĐẠO MONG MUỐN

Ngành đào tạo: Điều khiển và tự động hóa

Mã số ngành: 7510303

Họ và tên sinh viên: Tạ ngọc Hiếu

Người hướng dẫn đồ án:

Ths Thân Thị Thương

Chương I: Tổng quan về robot công nghiệp

I.1: Khái niệm

- Robot được định nghĩa dưới dạng các khía cạnh khác nhau:

- Robot là một cơ cấu cơ khí có thể lập trình được và có thể thực hiện được những công việc có ích một cách tự động mà không cần sự giúp

đỡ trực tiếp của con người

- Hiệp hội những nhà chế tạo - nhà sử dụng đưa ra định nghĩa robot nhưsau: Robot là một thiết bị có thể thực hiện các chức năng bình thường như con người và có thể hợp tác với nhau một cách thông minh để có được trí tuệ như con người

I.1.1:Sự ra đời của robot công nghiệp

+ Thuật ngữ “Robot” lần đầu tiên xuất hiện năm 1922 trong tác phẩm

“Rosum’s Universal Robot “ của Karal Capek Theo tiếng Séc thì Robot là người làm tạp dịch Trong tác phẩm này nhân vật Rosum và con trai ông đã tạo ra những chiếc máy gần giống như con người để hầu hạ con người

• + Hơn 20 năm sau, ước mơ viễn tưởng của Karel Capek đã bắt đầu hiện

thực Ngay sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, ở Mỹ đã xuất hiện những tay máy chép hình điều khiển từ xa, trong các phòng thí nghiệm phóng xạ Năm

1959, Devol và Engelber đã chế tạo Robot công nghiệp đầu tiên tại công ty Unimation

• + Năm 1967 Nhật Bản mới nhập chiếc Robot công nghiệp đầu tiên từ công

ty AMF của Mỹ Đến năm 1990 có hơn 40 công ty của Nhật, trong đó có những công ty khổng lồ như Hitachi, Mitsubishi và Honda đã đưa ra thị trường nhiều loại Robot nổi tiếng

• + Từ những năm 70, việc nghiên cứu nâng cao tính năng của robot đã chú ý

nhiều đến sự lắp đặt thêm các cảm biến ngoại tín hiệu để nhận biết môi

trường làm việc Tại trường đại học tổng hợp Stanford, người ta đã tạo ra loại Robot lắp ráp tự động điều khiển bằng vi tính trên cơ sở xử lý thông tin

từ các cảm biến lực và thị giác Vào thời gian này công ty IBM đã chế tạo Robot có các cảm biến xúc giác và cảm biến lực điều khiển bằng máy vi tính để lắp ráp các máy in gồm 20 cụm chi tiết

• Những năm 90 do áp dụng rộng rãi các tiến bộ khoa học về vi xử lý và

công nghệ thông tin, số lượng Robot công nghiệp đã tăng nhanh, giá thành giảm đi rõ rệt, tính năng đã có nhiều bước tiến vượt bậc Nhờ vậy Robot công nghiệp đã có vị trí quan trọng trong các dây truyền sản xuất hiện đại Ngày nay, chuyên ngành khoa học nghiên cứu về Robot “Robotics” đã trở thành một lĩnh vực rộng trong khoa học, bao gồm các vấn đề cấu trúc cơ cấu động học, động lực học, lập trình quỹ đạo, cảm biến tín hiệu, điều khiểnchuyển động v.v…

I.1.2: Phân loại tay máy robot công nghiệp

Ngày nay, khi nói đến Robot thường ta hay hình dung ra một cơ chế máy móc tương tự con người, có khả năng sử dụng công cụ lao động để thực hiệncác công việc thay cho con người, thậm chí có thể tính toán hay có khả năng hành động theo ý chí

Trong thực tiễn kỹ thuật, khái niệm Robot hiện đại được hiểu khá rộng, màtheo đó Robot là “tất cả các hệ thống kỹ thuật có khả năng cảm nhận và xử

lý thông tin cảm nhận được, để sau đó đưa ra hành xử thích hợp” Theo cáchhiểu này, các hệ thống xe tự hành, hay thậm chí một thiết bị xây dựng có trang bị cảm biến thích hợp như Camera, cũng được gọi là Robot Các khái niệm như Hexapod, Parallel Robot, Tripod, Gait Biped, Manipulator

Robocar hay Mobile Robot nhằm chỉ vào các hệ thống Robot không còn gắnliền với các hình dung ban đầu của con người

Trong nội dung đồ án chỉ nhằm vào đối tượng Robot công nghiệp

(RBCN), thực chất là một thiết bị tay máy (Handling Equipment) Công nghệ tay máy (Handling Technology) là công nghệ của dạng thiết bị kỹ thuật

có khả năng thực hiện các chuyển động theo nhiều trục trong không gian, tương tự như ở con người

I.2: Điều khiển chuyển động cho robot công nghiệp

I.2.1: Sơ đồ cấu trúc điều khiển

Trên hình 1.1 mô tả 1 sơ đồ lập trình điều khiển Robot công nghiệp Khi robot nhận nhiệm vụ thực hiện một quy trình công nghệ nào đó, ví dụ “điểm tác động cuối” E phải bám theo một hành trình cho trước Quỹ đạo hành trình này thường cho biết trong hệ toạ độ Đề các x0, y0, z0 cố định Ở mỗi vị trí mà điểm E

đi qua xác định bằng 3 toạ độ cố định xE, yE, zE và 3 thông số góc định hướng α,β,γ Từ các thông số trong hệ toạ độ Đề các đó tính toán các giá trị biến khớp qi tương ứng với mỗi thời điểm t Đó là nội dung của bài toán Động học ngược sẽ trình bày trong chương II

Hinh1.1: sơ đồ cấu trúc điều khiển

I.2.2: Các phương pháp điều khiển cơ bản

Hình 1.2: các phương pháp điều khiển cơ bản

Các phương pháp điều khiển truyền thống được chia ra làm hai phần lớn và rõ rệt

là điều khiển trong không gian khớp và điều khiển trong không gian làm việc Đặc điểm của hai loại điều khiển này như sau:

- Điều khiển trong không gian khớp thì quỹ đạo chuyển động không gian khớp mô tả diễn biến theo thời gian của các biến khớp

- Khi xây dựng một hệ thống điều khiển phải đảm bảo điều khiển Robot chuyển động chính xác bám theo đúng quỹ đạo đặt ra Tín hiệu đặt là quỹ đạo chuyển động biểu diễn vị trí khớp theo thời gian, và sai lệch điều khiển là sai lệch vị trí khớp

Ưu điểm chung: Các phương pháp điều khiển truyền thống đều khử được các thành phần phi tuyến của phương trình động lực học và phân ly đặc tính động lực

học của thanh nối, đảm bảo được độ chính xác, triệt tiêu sai lệch, vẫn đảm bảo được yêu cầu chuyển động của robot

Nhược điểm chung: Các phương pháp điều khiển truyền thống có những nhược điểm lớn là phải biết được chính xác các thông số động lực học, phụ thuộc vào những giá trị tính toán của các bộ tham số tính toán Hơn nữa, luật điều khiển này liên quan đến các phép toán trung gian, nên phải thực hiện các phép nhân vectơ và ma trận phụ, khối lượng tính toán lớn dẫn đến thời gian tính toán lớn đồng thời khả năng chống nhiễu của phương pháp này còn hạn chế.

Để nâng cao chất lượng điều khiển chuyển động Robot CN của các phương pháp điều khiển truyền thống và đạt được chất lượng điều khiển mong muốn thì các phương pháp điều khiển hiện đại được nghiên cứu và áp dụng vào hệ thống điều khiển của robot rất nhiều, đó đều là các phương pháp điều khiển thông minh Như ở trên thì cũng có nhiều phương điều khiển hiện đại đã được nghiên cứu như các phương pháp điều khiển trong không gian khớp được nghiên cứu nhiều như điều khiển thích nghi, điều khiển bền vững, điều khiển trượt, và có thể là kết hợp các phương pháp đó lại Các phương pháp điều khiển trong không gian làm việc cũng có nhưng chưa được nghiên cứu nhiều như điều khiển Jacobi đảo và Jacobi chuyển vị

Điều khiển tác động nhanh cho hệ điều khiển chuyển động

Ưu điểm chung: Các phương pháp điều khiển thông minh có một ưu điểm lớn nhất đó là không cần biết mô hình chính xác của robot mà đảm bảo triệt tiêu sai lệch, điều khiển bám chính xác quỹ đạo, tác động nhanh, chất lượng điều khiển tốt.Nhược điểm chung: Các phương pháp điều khiển thông minh có nhược điểm là khối lượng tính toán là bộ điều khiển là lớn.Và mỗi bộ điều khiển cũng có những ưu điểm rất nổi bật riêng nhưng bên cạnh đó cũng có những nhược điểm

Kết luận: Robot công nghiệp là đối tượng có độ bất định cao như khối lượng

tải, mô men, lực ma sát đều là các thành phần thay đổi liên tục trong quá trình robot làm việc Yêu cầu chất lượng điều khiển đối với robot công

nghiệp cũng rất cao như robot lắp ráp linh kiện điện tử, robot hàn Do đó các luật điều khiển kinh điển trước đây khó có khả năng đáp ứng được các chỉ

tiêu chất lượng cho một hệ thống hiện đại như robot công nghiệp Căn cứ vàocác đánh giá các phương pháp điều khiển nêu trên cùng với yêu cầu nghiên cứu ứng dụng phương pháp điều khiển hiện đại nâng cao chất lượng hệ thốngđiều khiển bám quỹ đạo Robot.

I.2.3: Các vấn đề điều khiển robot công nghiệp

Vấn đề điều khiển chung Robot công nghiệp được đặt ra: hệ điều khiển Robot công nghiệp (ĐKRBCN) có độ tin cậy, độ chính xác cao, giá thành hạ và tiết kiệm năng lượng thì nhiệm vụ cơ bản là hệ ĐKRBCN phải đảm bảo giá trị yêucầu của các đại lượng điều chỉnh và điều khiển Ngoài ra, ĐKRBCN phải đảm bảo

ổn định động và tĩnh, chống được nhiễu trong và ngoài, đồng thời không gây tác hại cho môi trường như: tiếng ồn quá mức quy định, sóng hài của điện áp và dòng điện quá lớn cho lưới điện v.v Các công trình nghiên cứu về hệ thống

ĐKRBCN tập trung chủ yếu theo 2 hướng, hướng thứ nhất là sử dụng các mô hìnhđộng lực học robot công nghiệp có đặc tính phi tuyến có thể ước lượng được để đơn giản việc phân tích, thiết kế, hướng thứ hai là từ mô hình động lực học robot công nghiệp có đặc tính phi tuyến đề ra các thuật toán điều khiển mới nhằm nâng

Hình 1.3: sơ đồ tổng quát về quá trình điều khiển

Trong hình cho thấy biến điều khiển là xác định chính xác lực hoặc mômen tác động vào các khớp của tay máy Để làm được điều này trong hệ điều khiển tay máy cần xây dựng có các bộ điều khiển với các thuật toán điều khiển có khả năng nâng cao chất lượng chuyển động của tay máy

Trong hệ thống điều khiển chuyển động tay máy công nghiệp gồm có điều khiển tác động nhanh và điều khiển bám chính xác quỹ đạo hoặc điều khiển vừa tác

động nhanh và vừa điều khiển bám chính xác quỹ đạo cho hệ chuyển động tay máy công nghiệp.

1.2.3.1 Điều khiển tác động nhanh cho hệ điều khiển chuyển động RBCN

Điều khiển tác động nhanh cho hệ điều khiển chuyển động RBCN là điều khiển theo các quỹ đạo đặt trước trong thời gian ngắn nhất, cho phép tận dụng tối đa năng lượng của tay máy, được ứng dụng rất nhiều trong thực tế như tay máy lắp ráp các chi tiết, hàn điểm ôtô, cấp phôi, cấp dao trong máy CNC, vận chuyển hànghóa, Do mômen của động cơ truyền động cho các khớp bị hạn chế vì vậy để tăng

độ tác động nhanh cần xây dựng một thuật toán điều khiển tối ưu để phát huy tối

đa gia tốc của động cơ truyền động Có rất nhiều phương pháp điều khiển tác độngnhanh cho hệ điều khiển chuyển động Trong quá trình nghiên cứu, người ta đã nghiên cứu luật điều khiển tối ưu tác động nhanh chuyển động của tay máy theo quỹ đạo

Phương pháp điều khiển này là tính toán mômen điều khiển tay máy đi theo quỹ đạo biết trước trong khoảng thời gian ngắn nhất và trong điều kiện hạn chế mômencủa cơ cấu chấp hành Với giá trị mômen tính toán được, tay máy đã bám theo quỹđạo đặt Các giá trị mômen tính toán được coi là các tín hiệu tối ưu đặt cho các khớp tay máy

1.2.3.2 Điều khiển bám chính xác quỹ đạo cho hệ chuyển động RBCN

Hệ chuyển động RBCN bám quỹ đạo chính xác đã và đang được ứng dụng trong hầu hết các hoạt động tự độngsản xuất, ví dụ Robot hàn, Robot sơn, Robot lắp ráp chi tiết với yêu cầu chính xác nhỏ khoảng (0.1÷0.5)%

Đặc điểm cơ bản của hệ thống ĐKRB là thực hiện được điều khiển bám theo một quỹ đạo phức tạp đặt trước trong không gian, để đạt được yêu cầu này tuy nhiên trong quá trình chuyển động RBCN chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố sai lệch bám quỹ đạo, làm cho hệ chuyển động của RBCN mang tính phi tuyến, gây cản trở rất lớn cho việc mô tả và nhận dạng chính xác hệ thống ĐKRB Do đó khi lựa chọn phương pháp điều khiển sao cho sẽ đảm bảo chất lượng tốt và bám chính xác quỹ đạo cho hệ chuyển động RBCN

1.2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác bám quỹ đạo hệ chuyển động

Robot công nghiệp

Các vấn đề ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác bám quỹ đạo của hệ chuyển động

Robot CN: sai số do cơ khí, các thiết bị đo lường, cảm biến và các luật điều khiển.

- Sai số cơ khí là do chế tạo, lắp ráp các trục khớp nối của tay máy, các loại

bộ biến đổi và động cơ điện và trong quá trình vận hành cũng có biến thiên các thông số như: thay đổi điện trở, điện cảm dây quấn do nhiệt độ và độ

ẩm môi trường, độ bão hòa mạch từ, mài mòn của ổ trục, khe hở khi lắp trục và hộp truyền động, … Những yếu tố này đền ảnh hưởng đến chất lượng và độ chính xác điều khiển của hệ chuyển động của RBCN mà

không thể khắc phục hoàn toàn được mà chỉ có thể hạn chế bằng cách sử dụng các bộ điều khiển, chọn lựa thiết bị loại tốt hơn, chất lượng cao hơn cho hệ

- Các thiết bị đo lường, cảm biến tồn tại sai số đo lường phụ thuộc vào cấp chính xác của bản thân thiết bị, linh kiện đo kiểm, được các nhà chế tạo cho biết trong lý lịch của từng loại Độ chính xác của hệ thống không thể cao hơn cấp chính xác của các thiết bị đo lường, được lựa chọn để sử dụng trong hệ thống Sai số đo lường là bộ phận chủ yếu của sai số trạng thái ổn định của hệ điều khiển chuyển động RBCN

- Các luật điều khiển ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng điều khiển như độ ổn định, độ tác động nhanh và độ bám chính xác quỹ đạo, chính vì vậy khi lựa chọn phương pháp điều khiển nếu phù hợp với các đặc điểm của đối tượng điều khiển sẽ cho chất lượng tốt và bám chính xác quỹ đạo, ngược lại khi lựa chọn không phù hợp sẽ dẫn đến sai số lớn

1.3 CẤU TRÚC CỦA MỘT HỆ THỐNG ROBOT CÔNG NGHIỆP Khớp Robot

Khớp robot là khâu liên kết hai thanh nối có chức năng chuyển động để thực hiện

di chuyển của robot Thanh nối gần với thân robot là thanh nối vào, thanh nối ra sẽ chuyển động so với thanh nối vào

Khớp robot gồm hai loại: Khớp tịnh tiến và khớp quay

- Khớp tịnh tiến thực hiện chuyển động tịnh tiến hoặc trượt thanh nối đầu ra Các dạng của cơ cấu tịnh tiến là cơ cấu xilanh-piston, cơ cấu kính viễn vọng…Khớp tay có 3 dạng R,T,V

- Khớp quay dạng R có trục xoay vuông góc với trục 2 thanh nôi, khớp dạng T có trục xoay trùng với trục hai thanh nối Dạng khớp quay V có trục xoay trùng với trục thanh nối và vuông góc với trục thanh nối ra.

1.3.1 Các thành phần chính của Robot công nghiệp

- Cánh tay robot là kết cấu cơ khí gồm các khâu liên kết với nhau bằng khớp động để có thể tạo nên những chuyển động cơ bản của robot

- Nguồn động lực là các động cơ điện là động cơ servo hoặc động cơ bước, các hệ thống xy lanh khí nén, thủy lực để tạo động lực cho máy hoạt động

- Dụng cụ thao tác được gắn lên khâu tác động cuối của TM, các dụng cụ này

có thể có nhiều loại khác nhau như dạng bàn tay để nắm bắt đối tượng hoặc các công cụ làm việc như mỏ hàn, đá mài, đầu phun sơn,…

- Thiết bị dạy học dùng để dạy cho TM các thao tác cần thiết theo yêu cầu củaquá trình làm việc, sau đó TM tự lặp lại các động tác đã được dạy để làm việc

- Các phần mềm để lập trình và các chương trình điều khiển robot được cài đặt trên máy tính dùng để điều khiển TM thông qua một card điều khiển, card được kết nối với máy tính, và card điều khiển cũng được kết nối với các thiết bị khác như cảm biến, …

- Các cảm biến giúp cho TM nhận biết được trạng thái của bản thân, xác định

vị trí của đối tượng làm việc, hoặc có nhiệm vụ dò tìm khác, điều khiển các băng tải hoặc cơ cấu cấp phôi hoạt động với phối hợp với các TM khác.Khớp robot

Hình 1.4: Khớp tịnh tiến

Hình 1.8: Ví dụ về cổ tay robot

1.32 Các dạng cơ cấu hình học của Robot

Tùy thuộc vào số khâu và sự tổ hợp các chuyển động quay (R) và chuyển động tịnh tiến (T) mà tay máy có các kết cấu khác nhau Các kết cấu thường gặp của Robot là kiểu tọa độ Đề các, kiểu tọa độ trụ, kiểu tọa độ cầu, robot kiểu Scara, hệ tọa độ khớp nối…

Một số dạng cơ cấu hình học của Robot:

HinhHình 1.9: Cơ cấu dạng hệ tọa độ Decac

Hình 1.10: Cơ cấu dạng hệ tọa độ Trụ

Hình 1.11: Cơ cấu dạng hệ tọa độ cầu

Hình 1.12: Cơ cấu dạng SCADA

Hình 1.13: Cơ cấu dạng khớp nối

I.4 CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHUNG VỀ ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP

Tải trọng là trọng lượng robot có thể mang và giữ trong khi vẫn đảm bảo một số đặc tính nào đó

Tải trọng lớn nhất lớn hơn tải trọng định mức nhiều, nhưng robot không thể mang tải trọng lớn hơn định mức , vì khi đó robot không đảm bảo được độ chính xác di chuyển

Tải trọng của robot thông thường rất nhỏ so với trọng lượng robot

Ví dụ , robot LR Mate của hãng Fanuc óc trọng lượng 40 Kg chỉ mang được tải trọng 3 Kg , robot M-16i có trọng lượng 269 Kg mang được tải trọng 18.5 Kg.Tầm với là khoảng cách lớn nhất mà robot có thể vươn tới trong phạm vi làm việc Tầm với là một hàm phụ thuộc và cấu trúc robot

Hình 1.14: hỉnh ảnh về tầm với của robot

Độ phân dải không gian

Độ phân dải không gian là gia tăng nhỏ nhất robot có thể thực hiện khi di chuyển trong không gian

Độ phân dải phụ thuộc vào độ phân giải điểu khiển và độ chính xác cơ khí

Độ phân dải điều khiển xác định bởi độ phân dải hệ thống điều khiển vị trí và hệ thống phản hồi : là tỷ số của phạm vi di chuyển và số bước di chuyển của khớp được địa chỉ hóa trong bộ điều khiển robot:

Độ chính xác đánh giá độ chính xác vị trí tay robot có thể đạt được.

Độ chính xác được định nghĩa theo độ phân giải của cơ cấu chấp hành

Độ chính xác di chuyển đến vị trí mong muốn sẽ phụ thuộc vào độ dịch chuyển nhỏ nhất của khớp

Khi coi cơ cấu cơ khí có độ chính xác rất cao , có thể định nghĩa sơ bộ độ chính xác bằng một nửa độ phân giải điều khiển như minh họa trên hình 1.15

Hình 1.15:sơ đồ độ chính xácTrong thực tế, độ phân giải bị ảnh hưởng đối với một số yếu tố

Độ chính xác sẽ thay đổi tùy thuộc vào phạm vi di chuyển của tay robot: Phạm vi

di chuyển càng xa bệ robot, độ chính xác càng giảm do độ mất chính xác cơ khí càng lớn

Độ chính xác của robot sẽ được cải thiện nếu di chuyển của robot được giới hạn trong phạm vi cho phép

Tải trọng cũng ảnh hưởng đến độ chính xác , tải trọng lớn sẽ gây ra độ chính xác

cơ khí thấp và làm giảm độ chính xác di chuyển

Thông thường độ chính xác di chuyển của robot công nghiệp đạt 0,025 mm

Hệ điều khiển chuyển động của Robot CN là hệ phi tuyến nên chất lượng quá trìnhđiều khiển hệ phi tuyến qua các chỉ tiêu: thời gian quá độ, sai lệch xác lập, tính dao động, khả năng chống nhiễu, khả năng bền vững với sự thay đổi thông số không xác định… Mỗi chỉ tiêu có phương pháp đánh giá riêng, thông thường chỉ tiêu đánh giá về vị trí với độ bám chính xác quỹ đạo cho trước chuyển động của Robot CN được xây dựng theo tiêu chuẩn tích phân bình phương sai lệch (ISE) :

Và tiêu chuẩn tích phân của tích số giữa thời gian và giá trị tuyệt đối

của sai lệch (ITAE):

I.5: Ứng dụng robot công nghiệp

Ưu điểm quan trọng nhất của Robot CN là tạo nên khả năng linh hoạt hoá sản xuất Việc sử dụng máy tính điện tử, robot và máy điều khiển theo chương trình đãcho phép tìm được những phương thức mới để tạo nên những dây chuyền tự động sản xuất hàng loạt với nhiều loại sản phẩm Kỹ thuật Robot CN và máy tính đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các dây chuyền tự động linh hoạt

Robot CN có thể thực hiện được một quy trình thao tác hợp lý bằng hoặc hơn người thợ lành nghề một cách ổn định trong suốt thời gian làm việc Vì thế TM có thể góp phần nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm Hơn thế

TM có thể nhanh chóng thay đổi công việc để thích nghi với sự biến đổi mẫu mã, kích cỡ sản phẩm theo yêu cầu của thị trường cạnh tranh

Đối với các nước phát triển có với giá nhân công cao thì việc sử dụng TM rất hợp

lý, tiết kiệm được sức lao động và tiền của đồng thời cũng nâng cao năng suất lao

động Nếu tăng nhịp độ của dây chuyền sản xuất, nếu không thay thế con người bằng robot thì người thợ sẽ không thể theo kịp hoặc rất chóng mệt mỏi TMCN có thể cải thiện điều kiện lao động, đó là ưu điểm nổi bật nhất mà chúng ta cần phải lưu tâm TM có thể làm việc trong môi trường hóa chất độc hại hoặc phóng xạ mà con người không làm được.

Ngày nay công nghệ Robot đã có những bước phát triển vượt bậc Với sự trợ giúp của máy tính, ở giai đoạn đầu người ta rất quan tâm đến việc tạo ra những cơ cấu tay máy nhiều bậc tự do, được trang bị cảm biến để thực hiện những công việc phức tạp Ngày càng có những cải tiến quan trọng trong kết cấu các bộ phận chấp hành, tăng độ tin cậy của các bộ phận điều khiển, tăng mức thuận tiện và dễ dàng khi lập trình Tăng cường khả năng nhận biết và xử lí tín hiệu từ môi trường làm việc để mở rộng phạm vi ứng dụng cho Robot

I.5.1 Các lĩnh vực ứng dụng Robot CN:

 Trong vận chuyển, bốc dỡ vật liệu

Robot có thể nhặt chi tiết ở một vị trí và chuyển dời đến một vị trí khác TM có thể gắp một chi tiết ở một vị trí cố định hoặc trên một băng tải đang chuyển động

và đặt ở một vị trí cố định khác hoặc đặt lên băng tải khác đang chuyển động với định hướng chi tiết khác

Hình 1.16: Tay máy vận chuyển hàng

Trong dây chuyền sản xuất thì robot được sử dụng để đưa chi tiết và lấy chi tiết ra khỏi máy gia công kim loại, máy CNC, máy đột dập, máy ép nhựa hoặc dây

chuyền đúc.Trong công đoạn đóng gói thì robot xếp các vật liệu lên một giá và đóng gói, xếp các sản phẩm vào hộp caton hoặc nhặt các chi tiết ra khỏi hộp

Ứng dụng của robot trong công nghiệp gia công vật liệu bao gồm các công nghệ sau: Hàn điểm, hàn hồ quang liên tục, sơn phủ; công nghệ gia công kim loại

…

 Trong lĩnh vực gia công vật liệu

Ứng dụng trong lĩnh vực gia công vật liệu bao gồm các công nghệ như hàn, sơn, gia công kim loại, … Sơn là một công việc nặng nhọc và độc hại, đồng thời để đạt yêu cầu kĩ thuật đòi hỏi các thợ sơn phải được đào tạo mất thời gian và tốn kém trong khi Robot có thể học được tất cả các kiến thức phức tạp chỉ trong vài giờ và có thể lặp lại chính xác các động tác khó

HÌNH 1.17: tay máy hàn

 Trong lĩnh vực lắp ráp và kiểm tra sản phẩm

Ứng dụng Robot trong lắp ráp: Một nhà máy sản xuất tự động hoàn toàn: từ ý tưởng người ta thiết kế ra sản phẩm, sau đó đặt hàng vật liệu, lập ra chương trình gia công, lập ra chiến lược đường đi của chi tiết trong nhà máy, điều khiển cung cấp chi tiết vào máy gia công, lắp ráp và kiểm tra tự động thông qua các máy CNC, các robot tĩnh và động Ứng dụng trong lĩnh vực kiểm tra: Robot cũng được

sử dụng trong công đoạn thử nghiệm, kiểm tra như kiểm tra kích thước, vị trí và hình dạng của các chi tiết máy hoặc các bộ phận cơ khí

Ứng dụng robot trong lắp ráp và kiểm tra sản phẩm

Robot được sử dụng trong dây chuyền lắp ráp thông thường ở bốn dạng sau: lắp chi tiết vào lỗ, lắp lỗ vào chi tiết, lắp chi tiết nhiều chân vào lỗ và lắp ngăn xếp

Robot cũng được sử dụng trong công đoạn thử nghiệm và kiểm tra

Một trong những ứng dụng của robot trong lĩnh vực đo và kiểm tra sản phẩm là cácmáy đo tọa độ (CMM)

Hình 1.18: 1 số ảnh minh họa ứng dụng vào kiểm tra sản phẩm

Chương II: Phương trình động học robot 2 bậc tự do

II.1 Giới thiệu chung

Cánh tay Robot được hiểu là gồm các thanh nối được ghép với nhau qua cáckhớp nối sẽ di chuyển trong không gian Vì vậy để có thể xác định được vị trí củakhâu tác động cuối cùng trong không gian thì phải biết được hướng, tọa độ của taymáy trong không gian Vì vậy bằng cách nào đó ta phải gắn được các hệ trục tọa

độ lên tay máy để tính toán xác định vị trí, hướng của khâu tác động cuối cùng củatay máy trong không gian

Động học tay máy là bài toán nghiên cứu chuyển động của tay máy mà khôngquan tâm đến tính chất về lực tương tác cũng như về khối lượng mà chỉ xét đến cấutrúc hình học của tay máy

Động học tay máy gồm hai bài toán cơ bản: động học thuận vị trí và động họcđảo vị trí

- Động học thuận là xác định vị trí của khâu tác động cuối của Robot khi biếtcác biến khớp của Robot

- Động học ngược là xác định góc quay của các khớp khi biết vị trí khâu tácđộng cuối của robot

Sử dụng công cụ ma trận để mô tả đối tượng, vị trí, hướng và các khung tọađộ

Để biểu diễn đồng thời hướng và vị trí của một khung tọa độ được biểu diễnqua ma trận biến đổi đồng nhất là một ma trận vuông (4 x 4)

II.2 ĐỘNG HỌC THUẬN

II.2.1Phương trình động học thận theo phương pháp lập bẳng D-H

-Xây dựng phương trình động học thuận cho Robot như hình dưới đây:

Hình 2.1:cơ cấu động học của robotPhương pháp lập Bẳng D-H:

Robot đã cho ở hình 2.1 là robot 2 bậc tự do

-Xác định số khớp và số thanh nối

+Robot có 1 khớp

+Robot có 2 thanh nối

-Gắn lên các thanh nối các hệ trụ tọa độ như hình vẽ

+Khớp quay tương ứng với biến khớp quay 

+Khớp tịnh tiến tương ứng với biến khớp tịnh tiến d

-Xác định cá thông số động học

+di: là độ lệch khâu

+ai: là độ dài thanh nối i

-Các phép biến đổi từ {i-1} sang {i}

+Rot{i-1}(Zi-1, i) =>{i-1’}:Xi-1||Xi => +i

+Trans{i-1’}(Zi-1, di) =>{i-1’’}:Xi-1 Xi =>+ di

+Trans{i-1’’}(Xi, ai) =>{i-1’’’}:Xi-1 Xi => +ai

+Rot{i-1’’’}(Xi, ai) =>{i-1}:Xi-1 Xi => +ai

-Ma trận đồng nhất biến đổi giữa {i-1} và {i}:

+Ta có được tọa độ điểm cuối:

-Và phương trình động học của robot sẽ viết dưới dạng

II.2.1.2: Xây dựng động học thuận tính toán bằng matlab

-Khi xây dụng động học thuận cho robot bằng việc tính toán trên matlab ban đầu ta vẫn phải thực hiện theo các bước :

+Bước 1: Xác định vị số khâu số khớp