Báo cáo tiểu luận môn kỹ thuật robot giới thiệu về robot

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu về robot 1.1.1 Robot là gì Robot là một cỗ máy đặc biệt là một lập trình bởi một máy tính có khả năng thực hiện một loạt phức tạp của các hành đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT VIỆN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO TIỂU LUẬN MÔN: KỸ THUẬT ROBOT

Giảng viên hướng dẫn: ThS Thân Đức Trường

Bình Dương, tháng 10 năm 2024

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT VIỆN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO TIỂU LUẬN MÔN: KỸ THUẬT ROBOT

Giảng viên hướng dẫn: ThS Thân Đức Trường

Bình Dương, tháng 10 năm 2024

LỜI CÁM ƠN

Lời đầu tiên , tụi em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến giáo viên hướng dẫn: Thân Đức Trường Trong quá trình học tập và tìm hiểu môn KỸ THUẬT ROBOT, tụi em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ, hướng dẫn tâm huyết và tận tình của thầy Thầy đã giúp

em tích lũy thêm nhiều kiến thức về môn học này để có thể hoàn thành được bài báo cáo KỸ THUẬT ROBOT

Trong quá trình làm bài chắc chắn khó tránh khỏi những thiếu sót Do đó, tụi em kính mong nhận được những lời góp ý của thầy, để bài báo cáo của tụi em ngày càng hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1

1.1 Giới thiệu về robot 1

1.1.1 Robot là gì 1

1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển của Robot 1

1.1.4 Tổng quan về Robot 4

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THÔNG SỐ 7

2.1.Thiết lập hệ tọa độ cho các khâu của robot 7

2.2.Lập bảng Denavit-Hartenberg D-H và xác định các thông số D-H của cánh tay robot: (4 bậc tự do) 7

2.3.Tính ma trận thuần nhất giữa các khâu của robot 8

2.4.Tính phương trình động học thuận robot 9

2.5.Tính toán phương trình động học nghịch robot 9

CHƯƠNG III: ĐIỀU KHIỂN ROBOT 10

3.1 Kết nối 10

3.2 Lập trình robot Nao nói “Hello” 11

3.3 Điều khiển robot Nao di chuyển đầu 12

3.4 Điều khiển robot Nao di chuyển cánh tay 14

3.5 Đọc các thông số của robot Nao 16

3.5.1 Đọc nhiệt độ hiện tại của robot Nao 16

3.5.2 Đọc giá trị encoder 16

3.6 Điều khiển robot Nao bằng giọng nói 18

3.7 Điều khiển robot Nao di chuyển 19

CHƯƠNG IV: NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP, KIẾN NGHỊ 22

4.1.Nhận xét 22

4.2 Đánh Giá 22

4.3 Đề Xuất Giải Pháp 22

4.4 Kiến Nghị 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 23

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Robot hình người đầu tiên 1

Hình 1.2 Cánh tay Robot công nghiệp 3

Hình 1.4 Robot gắp vật 4

Hình 3.1 Kết nối phần mềm Choregraphe với Nao 11

Hình 3.2 Chọn loại robot Nao 11

Hình 3.3 Nối dây khối “Say” 12

Hình 3.4 Đổi tên khối “Python Script” 12

Hình 3.8 Nối dây các khối 14

Hình 3.9 Chuyển động đồng thời 2 cánh tay 15

Hình 3.10 Cấu hình mở tay trái 15

Hình 3.11 Chương trình điều khiển đóng, mở các bàn tay 15

Hình 3.12 Chương trình đọc nhiệt độ robot Nao 16

Hình 3.13 Sửa tên khối “Python Script” 16

Hình 3.14 Thêm ngõ ra với tên “LelbowYaw” khối “Python Script” 16

Hình 3.15 Thêm ngõ ra với tên “LelbowRoll” khối “Python Script” 17

Hình 3.16 Kết quả chỉnh sửa khối “Python Script” 17

Hình 3.17 Chương trình Python đọc góc Yaw và Roll khớp Elbow tay trái 17

Hình 3.18 Kết quả đọc góc Yaw và Roll khớp Elbow tay trái 18

Hình 3.19 Thêm khối “Stand Up” 20

Hình 3.20 Đổi tên khối “Python Script” 20

Hình 3.21 Lập trình robot Nao di chuyển 21

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu về robot

1.1.1 Robot là gì

Robot là một cỗ máy đặc biệt là một lập trình bởi một máy tính có khả năng thực hiện một loạt phức tạp của các hành động tự động Robot có thể được dẫn đường bằng thiết bị điều khiển bên ngoài (ray trượt, vít me) hoặc điều khiển có thể được nhúng bên trong (động cơ, bánh xe, xích di chuyển )

Robot có thể được chế tạo để gợi lên hình dáng con người, nhưng hầu hết các robot là những

cỗ máy thực hiện nhiệm vụ, được thiết kế với trọng tâm là chức năng rõ ràng, hơn là thẩm mỹ

bên ngoài

1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển của Robot

Lịch sử hình thành

Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng CH Séc (Czech) “Robota” có nghĩa là công việc tạp

dịch trong vở kịch Rossum’s Universal Robots của Karel Capek, vào năm 1921 Trong vở kịch này, Rossum và con trai của ông ta đã chế tạo ra những chiếc máy gần giống với con người để phục vụ con người Có lẽ đó là một gợi ý ban đầu cho các nhà sáng chế kỹ thuật về những cơ cấu, máy móc bắt chước các hoạt động cơ bắp của con người

Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry Company) quảng cáo một loại máy tự động vạn năng và gọi là “Người máy công nghiệp” (Industrial Robot) Ngày nay người ta đặt tên người máy công nghiệp (hay robot công nghiệp) cho những loại thiết bị

có dáng dấp và một vài chức năng như tay người được điều khiển tự động để thực hiện một

số thao tác sản xuất

Về mặt kỹ thuật, những robot công nghiệp ngày nay, có nguồn gốc từ hai lĩnh vực kỹ thuật ra đời sớm hơn đó là các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) và các máy công cụ điều khiển

số (NC - Numerically Controlled machine tool)

Hình 1.1 Robot hình người đầu tiên

Vào khoảng năm 1949, các máy công cụ điều khiển số ra đời, nhằm đáp ứng yêu cầu gia công các chi tiết trong ngành chế tạo máy bay Những robot đầu tiên thực chất là sự nối kết giữa các khâu cơ khí của cơ cấu điều khiển từ xa với khả năng lập trình của máy công cụ điều

khiển số

Một số thời điểm lịch sử phát triển của người máy công nghiệp

Một trong những robot công nghiệp đầu tiên được chế tạo là robot Versatran của công ty AMF, Mỹ Cũng vào khoảng thời gian nầy ở Mỹ xuất hiện loại robot Unimate 1900 được dùng đầu tiên trong kỹ nghệ ôtô

Tiếp theo Mỹ, các nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp: Anh 1967, Thụy Điển và Nhật 1968 theo bản quyền của Mỹ; CHLB Đức -1971; Pháp - 1972; ở Ý - 1973

Tính năng làm việc của robot ngày càng được nâng cao, nhất là khả năng nhận biết và xử lý Năm 1967 ở trường Đại học tổng hợp Stanford (Mỹ) đã chế tạo ra mẫu robot hoạt động theo

mô hình “mắt-tay”, có khả năng nhận biết và định hướng bàn kẹp theo vị trí vật kẹp nhờ các cảm biến Năm 1974 Công ty Mỹ Cincinnati đưa ra loại robot được điều khiển bằng máy vi tính, gọi là robot T3 (The Tomorrow Tool: Công cụ của tương lai) Robot nầy có thể nâng được vật có khối lượng đến 40 KG S)

1.1.3 Một số Robot phổ biến trong đời sống và công nghiệp:

Cánh tay Robot công nghiệp

Cánh tay robot công nghiệp có lẽ là dòng robot phổ biến nhất trong các nhà xưởng hiện nay, bởi khả năng thay thế con người trong nhiều công việc nặng nhọc và nguy hiểm

Cánh tay robot 4-5-6 trục phục vụ xếp dỡ hàng hóa lên pallet, đóng gói: robotic packaging systems Bốc dỡ hàng hóa từ bằng tải lên pallet hàng và ngược lại Robot hàn điểm, hàn khung

xe, hàn cấu kiện máy với yêu cầu đường hàn và vị trí hàn phức tạp Robot lắp ráp, đánh bóng, robot sơn được lập trình thông minh cho nhiều model sản phẩm khác nhau

Hình 1.2 Cánh tay Robot công nghiệp

Hầu hết các robot này đều thực hiện các công việc một cách tự động theo chương trình đã được cài đặt, lập trình sẵn mà không cần sự tham gia của con người Các cánh tay robot công nghiệp thường có kích thước lớn cho các yêu cầu cần sức mạnh với tâm với xa Vùng làm việc được lắp đặt hàng rào bảo vệ xung quanh nhằm tránh xung đột và gây tai nạn lao động,

va chạm giữa robot với con người/máy/phương tiện cơ giới/robot khác

Robot AGV-ROBOT tự hành

Xe tự hành AGV được sử dụng nhiều cho kho thông minh với các ứng dụng xuất nhập kho, vận chuyển hàng hóa, logistic trong nhà xường Giải pháp cho nhà kho thông minh giúp tiết kiệm thời gian, nhân công và dễ dàng kiểm soát hàng hóa Các robot AGV có thể ở dạng xe chui gầm, xe kéo trolley, thùng hàng điều hướng bằng băng dẫn từ, laser hoặc barcode

Hình 1.3 Robot AGV-Robot tự hành

Robot cộng tác

Ro-bot hay robot cộng tác có độ an toàn cao hơn cánh tay robot công nghiệp, có thể hoạt động cùng lúc với người lao động và hỗ trợ trong các công đoạn lắp ráp, nâng, nhấc, dịch chuyển sản phẩm từ các vị trí trên dây chuyền lắp ráp, sản xuất Các robot cộng tác dạng này thường

là robot đánh bóng, bắn vít, cấp liệu

Robot gắp vật

Với kích thước nhỏ gọn, nhanh nhẹn và thông minh hơn, robot gắp vật dùng cho ứng dụng pick and place trong dây chuyền phần loại, kiểm tra sản phẩm với các tính năng vision hiện đại, kiểm tra màu sắc, hình dáng, đo kiểm kết hợp các đầu hút, gắp xử lý sau công đoạn kiểm tra bằng camera Robot đóng gói hàng hóa-robotic packaging systems

Hình 1.4 Robot gắp vật

1.1.4 Tổng quan về Robot

Bậc tự do của Robot

Bậc tự do là số khả năng chuyển động của một cơ cấu (chuyển động quay hoặc tịnh tiến)

Để dịch chuyển được một vật thể trong không gian, cơ cấu chấp hành của robot phải đạt được một số bậc tự do Nói chung cơ hệ của robot là một cơ cấu hở, do đó bậc tự do của nó

Hệ toạ độ (Coordinate frames)

Mỗi robot thường bao gồm nhiều khâu (links) liên kết với nhau qua các khớp (joints), tạo thành một xích động học xuất phát từ một khâu cơ bản (base) đứng yên Hệ toạ độ gắn với khâu cơ bản gọi là hệ toạ độ cơ bản (hay hệ toạ độ chuẩn) Các hệ toạ độ trung gian khác gắn

với các khâu động gọi là hệ toạ độ suy rộng Trong từng thời điểm hoạt động, các toạ độ suy rộng xác định cấu hình của robot bằng các chuyển dịch dài hoặc các chuyển dịch góc của các

khớp tịnh tiến hoặc khớp quay Các toạ độ suy rộng còn được gọi là biến khớp

 Các khâu của robot thường thực hiện hai chuyển động cơ bản:

- Chuyển động tịnh tiến theo hướng x, y, z trong không gian Descarde, thông thường tạo nên các hình khối

- Chuyển động xoay theo các trục x, y, z trong không gian

- Các chuyển động này thường ký hiệu là T (Translation) hoặc P (Prismatic)

Các hệ toạ độ gắn trên các khâu của robot phải tuân theo qui tắc bàn tay phải: Dùng tay phải, nắm hai ngón tay út và áp út vào lòng bàn tay, xoè 3 ngón: cái, trỏ và giữa theo 3 phương vuông góc nhau, nếu chọn ngón cái là phương và chiều của trục z, thì ngón trỏ chỉ phương, chiều của trục x và ngón giữa sẽ biểu thị phương, chiều của trục y

Quy tắc bàn tay phải

Trong robot ta thường dùng chữ O và chỉ số n để chỉ hệ toạ độ gắn trên khâu thứ n Như vậy

hệ toạ độ cơ bản (Hệ toạ độ gắn với khâu cố định) sẽ được ký hiệu là O0; hệ toạ độ gắn trên các khâu trung gian tương ứng sẽ là O1, O2, , On-1, hệ toạ độ gắn trên khâu chấp hành cuối

ký hiệu là On

1.1.5 Trường công tác của robot (Workspace or Range of motion)

Biểu diễn trường công tác của robot

Trường công tác (hay vùng làm việc, không gian công tác) của robot là toàn bộ thể tích được quét bởi khâu chấp hành cuối khi robot thực hiện tất cả các chuyển động có thể Trường công tác bị ràng buộc bởi các thông số hình học của robot cũng như các ràng buộc cơ học của các khớp; ví dụ, một khớp quay có chuyển động nhỏ hơn một góc 3600 Người ta thường dùng hai hình chiếu để mô tả trường công tác của một robot

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THÔNG SỐ

Hình2.1 Hệ trục tọa độ trên robot

2.2.Lập bảng Denavit-Hartenberg D-H và xác định các thông số D-H của cánh tay robot: (4 bậc tự do)

+ 𝛼𝑖: Góc giữa zn và z n+1

+ di : Khoảng cách giữa 2 trục x tính theo phương z

+ 𝜃𝑖: Góc giữa 2 trục x

+ ai : Khoảng cách giữa 2 trục z

2.3.Tính ma trận thuần nhất giữa các khâu của robot

 Lập ma trận tương ứng với mỗi khâu:

 Ma trận tương ứng với mỗi khâu:

Ma trận chuyển đổi khâu 1

𝐴1 = [

cos 𝜃1 0 sin 𝜃1 0sin 𝜃1 0 −cos 𝜃1 0

2.4.Tính phương trình động học thuận robot

Hình 3.1 Kết nối phần mềm Choregraphe với Nao

Hình 3.2 Chọn loại robot Nao

3.2 Lập trình robot Nao nói “Hello”

Hình 3.3 Nối dây khối “Say”

3.3 Điều khiển robot Nao di chuyển đầu

Hình 3.4 Đổi tên khối “Python Script”

Hình 3.5 Chương trình Python di chuyển đầu robot

Hình 3.6 Nối dây khối “Python Script”

3.4 Điều khiển robot Nao di chuyển cánh tay

Hình 3.7 Chương trình Python di chuyển cánh tay

Hình 3.8 Nối dây các khối

Hình 3.9 Chuyển động đồng thời 2 cánh tay

Hình 3.10 Cấu hình mở tay trái

Hình 3.11 Chương trình điều khiển đóng, mở các bàn tay

3.5 Đọc các thông số của robot Nao

3.5.1 Đọc nhiệt độ hiện tại của robot Nao

Hình 3.12 Chương trình đọc nhiệt độ robot Nao

3.5.2 Đọc giá trị encoder

Hình 3.13 Sửa tên khối “Python Script”

Hình 3.14 Thêm ngõ ra với tên “LelbowYaw” khối “Python Script”

Hình 3.15 Thêm ngõ ra với tên “LelbowRoll” khối “Python Script”

Hình 3.16 Kết quả chỉnh sửa khối “Python Script”

Hình 3.17 Chương trình Python đọc góc Yaw và Roll khớp Elbow tay trái

Hình 3.18 Kết quả đọc góc Yaw và Roll khớp Elbow tay trái

3.6 Điều khiển robot Nao bằng giọng nói

Các bước thực hiện

Bước 1:Trong phần mềm Choregraphe, tạo một project mới, thêm khối “Dialog”, đặt tên là

“Voice Control” và viết chương trình như sau

Bước 2:

Thêm 2 ngõ ra vào khối “Voice Control” gọi là “sit” và “standup” như sau

Bước 3:

Thêm các khối “Sit Down” và “Stand Up” trong thư viện Movement Posture

Thêm khối “Wait” trong thư viện Programming Time Kết nối các khối lại Kết quả như hình sau

Bước 4:

Kết nối robot Nao và chạy chương trình

3.7 Điều khiển robot Nao di chuyển

3.7.1 Điều khiển robot Nao đứng dậy, đi về phía trước rồi ngồi xuống

Hình 3.19 Thêm khối “Stand Up”

Bước 3:

Trong thư viện Programming Templates, lấy khối “Python Script”, kéo thả vào cửa sổ lập trình hoặc trong cửa sổ lập trình, click phải chuột, chọn Create a new box Python… Click phải chuột phải vào khối “Python Script”, chọn “Edit box”, đổi tên thành “Walk Forward” và click vào nút “Edit…” để chọn ảnh đại diện cho box Nhấn Ok

Hình 3.20 Đổi tên khối “Python Script”

CHƯƠNG IV: NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP, KIẾN NGHỊ 4.1.Nhận xét

Robot 4 Bậc Tự Do

Robot 4 bậc tự do (DOF) thường được sử dụng trong các ứng dụng như tự động hóa công nghiệp, lắp ráp, và robot dịch vụ Những đặc điểm nổi bật của loại robot này bao gồm:

- Khả Năng Linh Hoạ : Với 4 bậc tự do, robot có khả năng di chuyển và thực hiện các nhiệm

vụ phức tạp, như lấy và đặt vật, mà không bị hạn chế nhiều

- Độ Chính Xác Cao: Các cảm biến và bộ điều khiển giúp robot thực hiện các nhiệm vụ với

độ chính xác cao, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu kỹ thuật cao

- Dễ Dàng Lập Trình: Nhiều hệ thống điều khiển hiện nay cho phép lập trình dễ dàng thông qua giao diện đồ họa hoặc ngôn ngữ lập trình phổ biến

4.2 Đánh Giá

* Ưu Điểm:

- Tính linh hoạt và khả năng tương tác cao với môi trường

- Giảm thiểu sức lao động con người trong các công việc nguy hiểm hoặc lặp đi lặp lại

- Tiết kiệm thời gian và chi phí trong sản xuất

* Nhược Điểm:

- Chi phí đầu tư ban đầu khá cao

- Cần bảo trì thường xuyên để đảm bảo hoạt động ổn định

- Khó khăn trong việc xử lý các tình huống không lường trước

- Tối Ưu Hóa Lập Trình: Phát triển các phần mềm lập trình thân thiện hơn, giúp người dùng

dễ dàng tùy chỉnh và lập trình cho robot

- Nghiên Cứu và Phát Triển: Thúc đẩy nghiên cứu để phát triển các mô hình robot mới có khả năng xử lý tình huống phức tạp hơn

- Khuyến Khích Nghiên Cứu Ứng Dụng: Khuyến khích các cơ sở nghiên cứu và trường đại học nghiên cứu các ứng dụng mới của robot 4 DOF trong các lĩnh vực như y tế, nông nghiệp,

và giáo dục

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] GS TSKH Nguyễn Thiện Phúc Robot Công nghiệp Nhà xuất bản khoa học

và kỹ thuật Hà Nội (2006)

[2] TS Phạm Đăng Phước Giáo trình Robot công nghiệp