Robot công nghiệp là mộtmáy tự động, được đặt cố định hoặc di động được, liên kết giữa một tay máy vàmột hệ thống điều khiển theo chương trình, có thể lặp đi lặp lại để hoàn thànhcác chứ
TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP
Định nghĩa
Theo tiêu chuẩn AFNOR của Pháp, robot công nghiệp được định nghĩa là một cơ cấu chuyển động tự động có khả năng lập trình và lặp lại các chương trình đã thiết lập Robot này có thể thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau bằng cách di chuyển, định vị và định hướng các đối tượng vật chất như chi tiết, đạo cụ và gá lắp theo những hành trình đã được lập trình sẵn.
Theo tiêu chuẩn của Robot Institute of America (RIA), robot công nghiệp được định nghĩa là một tay máy đa năng có khả năng lặp lại các chương trình Robot này được thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ hoặc thiết bị chuyên dụng thông qua các chương trình chuyển động linh hoạt, nhằm hoàn thành nhiều nhiệm vụ khác nhau.
Theo tiêu chuẩn TOCT 25686-85 của Nga, robot công nghiệp là một thiết bị tự động, có thể cố định hoặc di động, được kết nối giữa một tay máy và hệ thống điều khiển theo chương trình Robot này có khả năng lặp lại các chức năng vận động và điều khiển, đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất.
Robot công nghiệp là thiết bị tự động linh hoạt, thực hiện các chức năng theo chương trình đã được lập trình sẵn Với khả năng lập trình lại, chúng đóng vai trò quan trọng trong tự động hóa, trở thành thành phần thiết yếu trong các hệ thống sản xuất linh hoạt.
Phân loại robot công nghiệp
Robot công nghiệp được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, bao gồm:
Theo loại chuyển động, robot công nghiệp được phân loại thành nhiều loại như robot khớp nối, robot Delta, robot SCARA, robot Cartesian, robot phối hợp, cùng với các loại robot 6, 5 và 4 bậc tự do.
Robot công nghiệp được phân loại theo khả năng di chuyển thành các loại như robot cố định, robot di động tự hành, robot di động kéo và robot di động đẩy Ngoài ra, theo ứng dụng, chúng cũng được phân chia thành robot hàn, robot sơn, robot lắp ráp, robot kiểm tra, robot bốc xếp, robot gắp và robot vận chuyển.
1.2.1 Phân loại theo loại chuyển động
Robot công nghiệp được phân loại dựa trên loại chuyển động và cấu trúc cơ khí của chúng Có nhiều loại chuyển động mà robot công nghiệp có thể thực hiện, mang lại sự linh hoạt và hiệu quả trong sản xuất.
Chuyển động khớp nối là hình thức chuyển động chủ yếu trong robot công nghiệp, được hình thành nhờ các khớp nối kết nối các bộ phận của robot.
Chuyển động Delta là một hình thức chuyển động nhanh chóng và chính xác, được thực hiện nhờ ba cánh tay robot gắn trên một khung hình.
Chuyển động SCARA là một dạng chuyển động linh hoạt và chính xác, được thực hiện bởi hai cánh tay robot gắn trên một khung hình.
Chuyển động Cartesianism là một loại chuyển động đơn giản, dễ lập trình, được hình thành bởi ba trục chuyển động vuông góc với nhau.
Chuyển động phối hợp là hình thức chuyển động kết hợp nhiều loại chuyển động khác nhau, được thực hiện bởi các bộ phận của robot có khả năng hoạt động độc lập Loại chuyển động này cho phép robot thực hiện các nhiệm vụ phức tạp một cách linh hoạt và hiệu quả.
1.2.2 Phân loại theo khả năng di chuyển
Robot công nghiệp được phân loại dựa trên khả năng di chuyển trong không gian, chủ yếu chia thành hai loại: robot có khả năng di chuyển tự do và robot di chuyển theo quỹ đạo cố định.
Robot cố định là loại robot không di chuyển trong không gian và thường được sử dụng cho các công việc như hàn, sơn và lắp ráp.
Robot di động là những thiết bị tự động có khả năng di chuyển trong không gian, thường được ứng dụng trong các nhiệm vụ như bốc xếp, vận chuyển hàng hóa và kiểm tra Sự linh hoạt của robot di động giúp tối ưu hóa quy trình làm việc và nâng cao hiệu quả trong nhiều lĩnh vực.
1.2.3 Phân loại theo ứng dụng
Robot công nghiệp được phân loại dựa trên ứng dụng và loại công việc mà chúng thực hiện Có nhiều ứng dụng khác nhau cho robot công nghiệp, phục vụ cho nhiều lĩnh vực và nhiệm vụ khác nhau.
Robot hàn: Robot hàn được sử dụng để hàn các chi tiết kim loại.
Robot sơn: Robot sơn được sử dụng để sơn các sản phẩm.
Robot lắp ráp và robot kiểm tra là hai loại robot quan trọng trong quy trình sản xuất Robot lắp ráp giúp tự động hóa việc lắp ghép các sản phẩm, nâng cao hiệu suất và giảm thiểu sai sót Trong khi đó, robot kiểm tra đảm nhận nhiệm vụ kiểm tra chất lượng sản phẩm, đảm bảo rằng mọi sản phẩm đều đạt tiêu chuẩn trước khi ra thị trường Sự kết hợp của hai loại robot này góp phần tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Robot bốc xếp, robot gắp và robot vận chuyển là những thiết bị quan trọng trong ngành logistics, giúp tối ưu hóa quy trình bốc xếp, di chuyển và vận chuyển hàng hóa một cách hiệu quả Robot bốc xếp chuyên dụng cho việc nâng và sắp xếp hàng hóa, trong khi robot gắp có khả năng gắp và di chuyển hàng hóa linh hoạt Cuối cùng, robot vận chuyển đóng vai trò quan trọng trong việc di chuyển hàng hóa từ nơi này đến nơi khác, nâng cao năng suất và giảm thiểu thời gian xử lý.
Theo công suất: Robot công nghiệp có thể được phân loại thành robot công suất nhỏ, robot công suất trung bình và robot công suất lớn.
Theo tải trọng: Robot công nghiệp có thể được phân loại thành robot tải trọng nhỏ, robot tải trọng trung bình và robot tải trọng lớn.
Robot công nghiệp được phân loại dựa trên phạm vi hoạt động thành ba loại chính: robot có phạm vi hoạt động nhỏ, robot có phạm vi hoạt động trung bình và robot có phạm vi hoạt động lớn.
Phân loại robot công nghiệp giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các loại robot công nghiệp khác nhau và ứng dụng của chúng trong thực tế.
Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp
1.3.1 Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp
Bộ điều khiển là phần quan trọng nhất của robot, đảm nhiệm việc lập trình và điều khiển các chuyển động Nó bao gồm vi xử lý, được coi là bộ não, thực hiện xử lý lệnh và dữ liệu; bộ nhớ, dùng để lưu trữ chương trình và thông tin; cảm biến, giúp thu thập dữ liệu về môi trường xung quanh; và bộ điều khiển chuyển động, chịu trách nhiệm điều khiển các động cơ để tạo ra chuyển động cho robot.
Hệ thống truyền động của robot là thành phần quan trọng cung cấp năng lượng cho các chuyển động Nó bao gồm động cơ, bộ phận tạo ra lực để di chuyển các bộ phận của robot, và hệ thống truyền động, giúp truyền lực từ động cơ đến các bộ phận khác.
Cấu trúc cơ khí của robot đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các chuyển động cần thiết Nó thường bao gồm ba thành phần chính: khung, khớp và tay gắp Khung là bộ phận chịu lực chính, đảm bảo tính ổn định cho robot Khớp kết nối các bộ phận lại với nhau, cho phép chúng di chuyển linh hoạt Cuối cùng, tay gắp được sử dụng để gắp và di chuyển hàng hóa, thực hiện các nhiệm vụ cụ thể trong quá trình hoạt động của robot.
Bộ điều khiển là phần quan trọng nhất của robot, đảm nhiệm vai trò lập trình và điều khiển các chuyển động của nó Thông thường, bộ điều khiển bao gồm nhiều thành phần thiết yếu để thực hiện nhiệm vụ này.
Vi xử lý là bộ não của bộ điều khiển, đảm nhiệm việc xử lý lệnh và dữ liệu Thường là các vi xử lý công nghiệp chuyên dụng, chúng được thiết kế để hoạt động hiệu quả trong môi trường khắc nghiệt của nhà máy sản xuất.
Bộ nhớ là thành phần quan trọng dùng để lưu trữ chương trình và dữ liệu, thường được thiết kế dưới dạng bộ nhớ flash hoặc EEPROM Những loại bộ nhớ này có khả năng lưu trữ lâu dài và tính năng chống xóa, đảm bảo an toàn cho thông tin.
Cảm biến là thiết bị quan trọng giúp robot thu thập thông tin về môi trường xung quanh Chúng thường được sử dụng để đo lường các yếu tố như vị trí, tốc độ, lực và nhiệt độ của robot, từ đó cải thiện khả năng hoạt động và tương tác với môi trường.
Bộ điều khiển chuyển động là thiết bị quan trọng trong việc điều khiển các động cơ, giúp tạo ra chuyển động cho robot Thiết bị này thường bao gồm các mạch điện tử để điều chỉnh động cơ và các thuật toán tính toán để xác định các chuyển động chính xác của robot.
Hệ thống truyền động là yếu tố quan trọng cung cấp năng lượng cho chuyển động của robot, bao gồm các thành phần chính như động cơ Động cơ, thường là động cơ servo, động cơ bước hoặc động cơ DC, tạo ra lực cần thiết để điều khiển các bộ phận của robot, đặc biệt trong ứng dụng robot công nghiệp.
Truyền động là cơ chế quan trọng giúp truyền lực từ động cơ đến các bộ phận của robot Trong các robot công nghiệp, các phương pháp truyền động phổ biến bao gồm bánh răng, xích và dây curoa.
Cấu trúc cơ khí chịu trách nhiệm tạo ra các chuyển động của robot Cấu trúc cơ khí thường bao gồm các thành phần sau:
Khung: Khung là bộ phận chịu lực chính của robot Khung thường được làm bằng thép hoặc nhôm, có độ bền cao và khả năng chịu lực tốt.
Khớp là bộ phận quan trọng nối liền các thành phần của robot, cho phép chúng thực hiện các chuyển động linh hoạt Thường được chế tạo từ thép hoặc nhôm, khớp không chỉ đảm bảo độ chính xác cao mà còn có khả năng chịu lực tốt, giúp robot hoạt động hiệu quả.
Tay gắp là bộ phận quan trọng của robot, được sử dụng để gắp và di chuyển hàng hóa, thường được chế tạo từ thép hoặc nhôm với độ bền cao và khả năng chịu lực tốt Cấu trúc cơ khí của robot có thể khác nhau tùy thuộc vào loại chuyển động, trong đó robot khớp nối có cấu trúc phức tạp hơn so với robot Delta hoặc SCARA.
Nguyên lý hoạt động của robot công nghiệp
Robot công nghiệp hiện đại thực hiện nhiều nhiệm vụ sản xuất nhờ vào cảm biến, bộ điều khiển và cơ cấu liên kết Chúng hoạt động theo chu kỳ chuyển động lặp lại dựa trên lập trình sẵn của nhà sản xuất Ngày nay, sự phát triển của robot đã giảm thiểu sự can thiệp của con người, cho phép chúng hoạt động hiệu quả trong các quy trình sản xuất khác nhau Ngoài ra, robot còn được sử dụng ở những nơi con người không thể tiếp cận như không gian ngoài vũ trụ, khu vực có nhiệt độ cao hoặc dưới đáy đại dương.
Robot công nghiệp được thiết kế để hoạt động trong các môi trường nguy hiểm như kiểm tra chất phóng xạ và hủy kích hoạt bom Sau khi được lập trình, chúng có khả năng di chuyển trên ba trục trở lên, mở ra nhiều ứng dụng như hàn, lắp ráp và sơn.
Ưu điểm và nhược điểm của robot công nghiệp
Robot công nghiệp giúp nâng cao năng suất sản xuất bằng cách thực hiện các nhiệm vụ với độ chính xác và hiệu quả cao, từ đó giảm thiểu sai sót trong quá trình sản xuất.
Tiết kiệm chi phí: Robot công nghiệp có thể hoạt động liên tục 24/7, giúp tiết kiệm chi phí nhân công.
Robot công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ an toàn cho người lao động bằng cách thực hiện các nhiệm vụ trong môi trường nguy hiểm hoặc độc hại Sự xuất hiện của robot giúp giảm thiểu rủi ro cho con người, đồng thời nâng cao hiệu quả làm việc trong các ngành công nghiệp.
Tăng tính linh hoạt: Robot công nghiệp có thể được lập trình để thực hiện các nhiệm vụ khác nhau, giúp tăng tính linh hoạt trong sản xuất.
Giá thành đầu tư ban đầu cao: Robot công nghiệp có giá thành đầu tư ban đầu cao.
Yêu cầu kỹ thuật cao: Robot công nghiệp cần được lập trình và bảo trì định kỳ, đòi hỏi chi phí và nhân lực.
Robot công nghiệp không thể được ứng dụng trong tất cả các môi trường làm việc, đặc biệt là ở những nơi có điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao, độ ẩm cao hoặc nhiều bụi bẩn.
Ứng dụng của robot công nghiệp trong kho vận
Robot công nghiệp được ứng dụng rộng rãi trong kho vận để thực hiện các công việc như:
Robot công nghiệp có khả năng bốc xếp hàng hóa lên và xuống pallet với độ chính xác cao và tốc độ nhanh chóng, từ đó giúp doanh nghiệp tiết kiệm thời gian và chi phí hiệu quả.
Robot công nghiệp có khả năng sắp xếp hàng hóa trong kho một cách khoa học và hợp lý, từ đó tối ưu hóa không gian lưu trữ.
Robot công nghiệp mang lại khả năng di chuyển hàng hóa trong kho một cách linh hoạt và hiệu quả, từ đó giúp tiết kiệm thời gian và giảm bớt sự phụ thuộc vào nhân lực.
Kiểm tra hàng hóa: Robot công nghiệp có thể kiểm tra hàng hóa một cách nhanh chóng và chính xác, giúp đảm bảo chất lượng hàng hóa.
THIẾT KẾ HÌNH DẠNG VÀ GIA CÔNG ROBOT
Thiết kế và lựa chọn cấu trúc
Xe dò line được trang bị hai bánh xe nhỏ với đường kính 10 cm và chiều rộng 5 cm Những bánh xe này được chế tạo từ nhựa ABS, mang lại độ bền cao và khả năng chịu tải tốt.
Khung xe được làm bằng nhựa mica, có độ cứng cao và khả năng chịu lực tốt.
Khung xe được trang bị cảm biến để phát hiện và theo dõi đường line, bao gồm các loại cảm biến quang học, cảm biến điện dung và cảm biến siêu âm.
Cánh tay robot sử dụng ba khớp nối, có khả năng nâng hàng hóa có trọng lượng tối đa 2 kg.
Khớp nối đầu tiên của robot là khớp nối xoay, cho phép cánh tay robot xoay 360 độ Khớp nối thứ hai là khớp nối tịnh tiến, giúp nâng hạ cánh tay robot một cách linh hoạt.
Tay gắp của cánh tay robot được làm bằng nhựa, có khả năng giữ chặt các sản phẩm có hình dạng và kích thước khác nhau.
Hệ thống điều khiển của xe dò line kết hợp cánh tay robot bao gồm:
Bộ điều khiển xe dò line đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển các động cơ của xe, giúp xe di chuyển chính xác theo đường line.
Bộ điều khiển cánh tay robot đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển các khớp nối của cánh tay robot, giúp cánh tay thực hiện hiệu quả các nhiệm vụ được giao.
Bộ điều khiển kết nối có vai trò quan trọng trong việc liên kết giữa bộ điều khiển xe dò line và bộ điều khiển cánh tay robot, đảm bảo sự hoạt động đồng bộ và hiệu quả của hai thành phần này.
Mô hình 3D xe dò line kết hợp cánh tay robot
H2nh 2.12 Phía trước cánh tay gắp
Thiết kế điều khiển
Muốn điều khiển được Robot thì phải có 3 yếu tố:
- Hệ thống phát động và chấp hành
- Bộ điều khiển(controller), gồm phần cứng và phần mềm
2.3.1 Hệ thống điều khiển và chấp hành
Cảm biến hồng ngoại nhận diện vạch đen hoặc trắng và chuyển dữ liệu về vi điều khiển Sau đó, vi điều khiển sẽ điều khiển driver để điều chỉnh động cơ theo tín hiệu đã nhận.
Vi điều khiển sẽ đọc giá trị từ cảm biến và phát xung điều khiển cho động cơ servo, giúp tay gắp thực hiện việc gắp và thả vật vào vị trí tương ứng.
2.3.2 Các thành phần chính và chức năng
Vi điều khiển Arduino UNO R3
Vi điều khiển ATmega328P: Đây là bộ não của bo mạch và chạy mã của bạn.
14 chân đầu vào/đầu ra kỹ thuật số có khả năng điều khiển các thiết bị như đèn LED, động cơ và cảm biến, mang lại sự linh hoạt trong việc phát triển các ứng dụng điện tử.
Các chân đầu vào tương tự cho phép đọc tín hiệu từ các cảm biến, bao gồm chiết áp và cảm biến nhiệt độ, giúp thu thập dữ liệu từ môi trường xung quanh.
Nguồn điện 3.3V và 5V: Điều này cho phép bạn cấp nguồn cho nhiều thiết bị khác nhau bằng Arduino.
Kết nối USB: Được sử dụng để lập trình Arduino và cấp nguồn cho nó từ máy tính của bạn.
Header ICSP: Cho phép bạn kết nối Arduino với các bo mạch lập trình khác để sử dụng nâng cao.
Cảm biến Vi điều khiển Động cơ servo Động cơ DC
Digital I/O Pins 14 (of which 6 provide PWM output)
DC Current per I/O Pin 20 mA
DC Current for 3.3V Pin 50 mA
Flash Memory 32 KB (ATmega328P) of which 0.5 KB used by bootloader
Mạch Điều Khiển Động Cơ L298 DC Motor Driver
L298 là mạch tích hợp (IC) cầu H kép được thiết kế để điều khiển động cơ DC và động cơ bước.
Nó hoạt động như một trung gian giữa vi điều khiển (như Arduino) và động cơ, cho phép bạn điều khiển tốc độ và hướng của chúng.
Khả năng điện áp và dòng điện cao: Có thể xử lý lên đến 46V và 4A mỗi kênh, làm cho nó phù hợp với nhiều loại động cơ.
Thiết kế cầu H kép: Điều khiển hai động cơ độc lập hoặc một động cơ bước lưỡng cực.
Các tính năng bảo vệ tích hợp: Bao gồm bảo vệ quá nhiệt và bảo vệ ngắn mạch.
Dễ sử dụng: Dễ dàng giao tiếp với vi điều khiển bằng các đầu vào logic.
IC chính: L298 Điện áp hoạt động: 5~30VDC
Công suất tối đa của mỗi cầu là 25W, với lưu ý rằng công suất được tính bằng dòng điện nhân với điện áp Do đó, khi áp cấp vào càng cao, dòng điện sẽ càng nhỏ, nhưng công suất vẫn giữ định mức 25W Dòng tối đa cho mỗi cầu H là 2A.
Mức điện áp logic: Low -0.3V~1.5V, High: 2.3V~Vss
Cảm biến hồng ngoại TCRT5000
Cảm biến hồng ngoại TCRT5000 là thiết bị quang điện kết hợp giữa cảm biến quang và LED hồng ngoại, cho phép phát hiện các vật thể phản xạ Với khả năng nhận diện sự hiện diện, đo khoảng cách và xác định hướng đi của vật thể, cảm biến này rất hữu ích trong nhiều ứng dụng tự động hóa và điều khiển.
Cảm biến TCRT5000 bao gồm hai thành phần chính:
LED hồng ngoại phát ra ánh sáng hồng ngoại, trong khi cảm biến quang điện có khả năng phát hiện ánh sáng hồng ngoại phản xạ từ các vật thể.
Khi ánh sáng hồng ngoại từ đèn LED chiếu vào vật thể, một phần ánh sáng sẽ phản xạ trở lại cảm biến quang điện Cảm biến này sẽ chuyển đổi lượng ánh sáng phản xạ thành tín hiệu điện tương ứng.
Mạch sử dụng chip so sánh LM393.
Dòng điện tiêu thụ: ( 500); 6// Điều chỉnh ngưỡng cảm biến theo yêu cầu
6 boolean ha_hang = tra_hang > ( 500) ;
6 6 // Nếu có vật cản gần, dừng xe
6 6 // Mở cánh tay gắp đồ (điều chỉnh góc mở cánh tay theo yêu cầu)
6 //1-Duyệt qua góc từ 60 độ về 0 độ với bước 1 độ
6 for goc = ( 120 ; goc >= 10 ; goc ) { 6 6// Đặt góc của servo
6 delay( 1000 ) ; // Chờ 1 giây ở góc 0 độ
6 for goc = ( 120 ; goc >= 65 ; goc ) { 6 6// Đặt góc của servo 6 6 6 6
6 delay( 1000 ) ; // Chờ 1 giây ở góc 0 độ
// 3- Duyệt qua góc từ 0 đến 60 độ với bước 1 độ
6 for goc = ; goc PHẢI => RẼ PHẢI
6 6 6 // (Bạn có thể cần điều chỉnh động cơ theo hướng tương ứng)
6 6 analogWrite( speedLeftPin, speedLeftValue ); //TRÁI >PHẢI => RẼ PHẢI
6 6 6 int toc_do = analogRead( speedLeftPin ) ;
6 6 // Nếu cảm biến bên phải hoạt động, rẽ phải
6 6 6 // Thực hiện các hành động rẽ phải
6 6 6 // (Bạn có thể cần điều chỉnh động cơ theo hướng tương ứng)
6 6 6 int toc_do = analogRead( speedLeftPin ) ;
6 6 // Nếu cảm biến trả hàng hoạt động
6 6 //1-Duyệt qua góc từ 120 độ về 10 độ với bước 1 độ
6 for goc = ( 120 ; goc >= 10 ; goc ) { 6 6// Đặt góc của servo
6 delay( 1000 ) ; // Chờ 1 giây ở góc 0 độ
//2- Duyệt qua góc từ 0 đến 60 độ với bước 1 độ
6 for goc = ; goc